人們不會指望金剛石與癌癥治療有任何關(guān)系，但實際上金剛石可以提高癌癥病人的生存機率。

       “使用傳統(tǒng)技術(shù)，幾乎不可能確定癌癥治療是否達到百分之百或百分之百九十九有效。 這種差異可能會產(chǎn)生重大后果，因為即使體內(nèi)只有少數(shù)存活的癌細胞，癌細胞仍然可以在體內(nèi)擴散。量子力學(xué)金剛石傳感器將非常敏感，能夠在大量的健康細胞中檢測到數(shù)量很少的癌細胞，”丹麥科技大學(xué)物理學(xué)副教授亞歷山大·哈克說。

       鉆石并不是從珠寶商處購買，它們是人造金剛石，表面具有微米薄層，具有進行測量所需的特殊性能。

       該方法基于磁性生物標(biāo)記物，其可以與癌細胞結(jié)合，但不能與健康細胞結(jié)合，這是已知的方法原理。然而困難的部分是：雖然您已經(jīng)在兩種細胞之間創(chuàng)建了磁差，但它需要一個非常靈敏的傳感器來檢測每個標(biāo)記物周圍的磁場。

       磁力傳感器最著名的例子是指南針。指南針對地球磁場敏感，它能感應(yīng)30-40微特斯拉之間磁場強度。癌癥診斷需要能夠感應(yīng)幾十個納特斯拉的磁場強度。

       金剛石傳感器的分辨率約為1微米。亞歷山大·哈克說“這對我們來說足以區(qū)分生物細胞。我們希望能夠在一百萬個健康細胞中檢測和分離各個癌細胞?！?/p>

       為什么要用金剛石檢測磁場？

       金剛石由保持在固定的三維網(wǎng)格中的碳原子組成。它不與磁場相互作用，因此不適合作為傳感器。然而，亞歷山大·哈克和來自烏爾姆和萊比錫大學(xué)的研究人員改變了這種結(jié)構(gòu)，得到一種缺陷結(jié)構(gòu)。在每個缺陷結(jié)構(gòu)中，碳原子被氮原子代替，這種變化也會在碳原子的晶格中產(chǎn)生許多孔，使得各個原子消失，然后將金剛石加熱至約 800°C，這導(dǎo)致孔在結(jié)構(gòu)中移動直到它們與氮原子相鄰。 然后氮原子和空穴結(jié)合形成單一結(jié)構(gòu)——一個NV（氮空位）中心。 中心的作用是吸收來自光譜綠色部分的光，中心會發(fā)出紅光。

       金剛石中的每個NV中心也都有電子自旋。自旋可以是向上或向下，決定發(fā)射多少紅光。除了上下旋轉(zhuǎn)之外，它也有周期性的變化，就像地球不僅在其軸上自轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軸線也發(fā)生變化。這些周期性變化的速度和大小都受周圍的磁場的影響。換句話說，可以通過測量自旋的周期性變化來研究磁場。這是通過在缺陷中心上照射綠光并檢測發(fā)射多少紅光來完成的。

       該方法利用疊加法，一種量子力學(xué)現(xiàn)象，其中粒子可以同時處于兩個狀態(tài)。 “更具體地說，我們確保電子的自旋同時上下擺動，中心的兩種自旋在磁場中表現(xiàn)不同?！眮啔v山大·哈克解釋說，通過檢測自旋的上下擺動變量，我們可以確定磁場。不同于電場，當(dāng)電場遇到組織、血液和骨骼時受到顯著影響，磁場在很大程度上不受影響。

       從實驗室到醫(yī)院

       金剛石在醫(yī)療中也有很多優(yōu)勢。它是一種非常健康材料，與身體接觸并沒有健康風(fēng)險。

       丹麥科技大學(xué)物理學(xué)院的小組并不是第一個提出將金剛石用作磁場傳感器的，早在20世紀(jì)90年代，許多國際組織已經(jīng)開始研究并使其成為現(xiàn)實。然而，與丹麥科技大學(xué)電氣工程系以及與Hvidovre醫(yī)院和飛利浦的跨學(xué)科合作給了亞歷山大·哈克和他的同事們在醫(yī)療方面的領(lǐng)先地位。

       “我們可以說這種方法與第二階段癌癥患者息息相關(guān)，他們接受了癌癥治療，醫(yī)生需要確定治療效果如何。但是，要研發(fā)出能在醫(yī)院中使用的設(shè)備儀器還有很長的路要走。下一步是與丹麥科技大學(xué)研究納米技術(shù)的同事合作，設(shè)計出合適的設(shè)備?！眮啔v山大·哈克希望在兩年內(nèi)制造出第一代的設(shè)備。同時他講到，“如果我們決定在一家新公司進行進一步發(fā)展，那么最好的時機可能是在我們準(zhǔn)備好第一個原型的時候，大概在兩年左右。但是還有其他選擇，例如我們與現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)公司合作?，F(xiàn)在我們需要考慮的是設(shè)備的使用范圍，它的應(yīng)用絕不限于癌癥領(lǐng)域。當(dāng)電子從A移動到B時，就會產(chǎn)生一個小的局部磁場。如果有一個足夠敏感的磁場傳感器，我們就可以檢測身體中的許多過程。它是非侵入性技術(shù)，不需要手術(shù)或探針。 因此，對于身體的關(guān)鍵部位如腦或心臟，這種技術(shù)會是更好的選擇?！?編譯：中國超硬材料網(wǎng))