光学宽场核磁共振显微镜的基本原理图片来源：《自然通讯》（2025 年）。DOI: 10.1038/s41467-024-55003-5

慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员发明了一种全新的显微镜领域 —— 核自旋显微镜。该团队能够用显微镜观察到核磁共振的磁信号。量子传感器将这些信号转化为光信号，从而实现超高分辨率的光学成像。

磁共振成像（MRI）扫描仪以其深入人体内部并生成器官和组织图像的能力而闻名。这项发表在《自然通讯》杂志上的新方法，将这一技术扩展到微观细节领域。

“所使用的量子传感器使将磁共振信号转换为光信号成为可能。这些信号由相机捕捉并显示为图像。” 量子传感教授、慕尼黑量子科学与技术卓越中心（MCQST）的研究员多米尼克・布赫解释道。

钻石芯片用作量子传感器

这种新型 MRI 显微镜的分辨率达到了千万分之一米，这一精度极高，未来甚至单个细胞的结构都能清晰可见。新型显微镜的核心是一个微小的钻石芯片。

这种在原子层面经过特殊制备的钻石，可作为一种对 MRI 磁场高度敏感的量子传感器。当用激光照射时，它会产生一个包含 MRI 信号信息的荧光信号。这个信号由高速相机记录下来，从而能够生成微观层面分辨率显著更高的图像。

第一作者卡尔・D・布里格尔、多米尼克・B・布赫教授。图片来源：克里斯托夫・霍曼 / MCQST

广泛的实际应用前景

磁共振显微镜的潜在应用正在兴起：在癌症研究中，可以对单个细胞进行详细检查，以获得关于肿瘤生长和扩散的新见解。

在制药研究中，这项技术可用于在分子水平上高效测试和优化活性成分。它在材料科学领域也具有巨大潜力，比如分析薄膜材料或催化剂的化学成分。

该团队已为其研发成果申请了专利，并且已经计划进一步开发这项技术，使其速度更快、精度更高。从长远来看，它可能会成为医学诊断和研究的标准工具。“量子物理学与成像技术的融合，为在分子层面理解世界开辟了全新的可能性。” 第一作者卡尔・D・布里格尔说道。

更多信息：卡尔・D・布里格尔等人，《光学宽场核磁共振显微镜》，《自然通讯》（2025 年）。DOI: 10.1038/s41467-024-55003-5

引用信息：一种基于量子传感器的全新显微镜（2025 年 2 月 25 日），2025 年 3 月 7 日取自https://phys.org/news/2025-02-microscopy-based-quantum-sensors.html