用于光学捕获的光学装置示意图（a），带有白血病细胞内荧光纳米金刚石（FND）的图像（b）。图片来源：Fatemeh Kalantarifard，丹麦技术大学

研究人员开发了一种新方法，通过使用光学捕获的纳米金刚石颗粒作为细胞内传感器来研究活细胞内复杂的动力学。使用定制的光学镊子，研究小组在细胞存活时以低功率捕获细胞内的粒子。这项工作代表了量子传感的重要进步，它利用量子力学来分析原子水平的变化。

研究人员使用光镊将纳米金刚石颗粒捕获在单个白血病细胞内，然后演示如何使用这些颗粒来测量细胞内的磁噪声。

光学捕获纳米金刚石

荧光纳米金刚石（FNDs）作为各种应用的有前途的发射器和传感器引起了人们的兴趣。FND显着的特性之一是通过量子传感检测物理参数，包括温度和磁场。金刚石量子传感基于金刚石中的顺磁缺陷，即氮空位（NV）中心，它允许在纳米尺度上读取温度和磁场相关的电子自旋。

近期，研究人员使用含有NV中心的荧光纳米金刚石作为细胞内传感器。在会议上介绍的工作中，研究人员将FND的捕获与基于自旋的光致发光测量技术相结合，该技术在单个细胞中基于钻石的传感中很常见。FNDs首先由来自人类白血病细胞系的细胞内吞，然后它们被近红外激光（1064nm波长）以低功率捕获，同时细胞保持活力。

纳米级传感

一旦纳米金刚石在细胞内和/或细胞表面就位，研究人员就会进行T1弛豫测量以测试其传感能力。该方法涉及打开和关闭绿色（532 nm波长）激光脉冲，该脉冲使NV中心的电子自旋偏振，然后让它们恢复平衡。由于偏振构型表现出比平衡态更强的荧光，研究人员通过光学监测荧光强度水平来确定自旋弛豫速率。

由于周围环境中的磁噪声会影响自旋弛豫速率，因此比较位于不同位置的纳米金刚石之间的自旋弛豫速率可以使研究人员绘制细胞内的磁噪声图。该演示表明，光学捕获的荧光纳米金刚石可以代表一种准确而灵活的方法来分析活细胞内的磁场和温度等特性。

“金刚石纳米颗粒的光学捕获和基于纳米金刚石的量子传感相结合，可以为研究细胞力学性能提供强大的工具。光学捕获可以帮助保持基于纳米金刚石的传感器的高精度，从而可以在纳米级上进行更准确的测量。特别是，光学捕获纳米金刚石的T1弛豫测量可用于细胞中的自由基检测。

“自由基是高反应性分子，会对细胞和组织造成损害。由于新陈代谢，它们在体内自然产生，也可以通过暴露于辐射或毒素等环境因素产生，“Kalantarifard说。

“使用光学捕获的纳米金刚石进行自由基检测具有几个优点，包括高灵敏度，非侵入性以及监测T1弛豫时间实时变化的能力。该技术可用于研究氧化应激对细胞的影响，并可能在癌症和神经退行性疾病等疾病的诊断和治疗中具有潜在的应用。