巴塞尔大学和瑞士纳米科学研究所的科学家们第一次展示，室温下单个分子的原子核自旋可在磁性粒子的帮助下检测到。在《自然纳米技术》杂志上，研究人员描述了一种全新的实验设备，用这台设备，目前为止还未检测到的单个生物分子的原子核自旋值能被检测出来。他们提出的这种观点能够提高医学检测水平，同时对生物和化学样品的分析也是显著的进步。

目前，原子核自旋检测已是医学诊断中的常规检测（核磁共振）。然而，目前现有的检测设备做检测需要数以十亿的原子，因此不适用于小范围检测的应用。过去几十年，世界各地的科学家们致力于研究一种能够提高检测灵敏度的方法用于替代原有方法。

在各种类型传感器（超导量子干涉仪和霍尔传感器）以及磁共振力显微镜的帮助下，检测单个电子的自旋和分辨率达到纳米级结构已经成为可能。然而，对生物界的“圣杯”——复杂生物样品中单个原子自旋的检测到目前为止还没有实现。

具有细微缺陷的金刚石晶体

巴塞尔大学的研究人员调查了用晶体结构中有细微缺陷的金刚石制作的传感器的应用，在金刚石的晶格中，一个碳原子被一个氮原子取代，相邻一个空缺。这种所谓的氮——空穴（NV）中心产生自旋，是理想的磁场检测工具。在室温下，研究人员在做出UV中心具有分子级分辨率的可能这一结论前，在很多实验室中进行了展示。然而，这种检测需要传感器与样品之间只有原子级别的距离，这对于生物材料来说不太可能。

将一个微小的铁磁性颗粒放在UV中心和样品中间，可以解决这个问题。其实，如果样品的原子核自旋是被在一个特定的共振频率下驱使的，特此性颗粒的共振频率会发生变化。在与磁性极其接近的UV中心的帮助下，科学家们就会检测到这种变化后的共振。

这是检测技术的突破吗？

Daniel Loss教授和Patrick Maletinsky教授的研究团队中研究人员的理论分析和实验技术已经证明，用这种铁磁性颗粒可以将原子核自旋的磁场放大数万倍。“我们的观念很快会被应用于真实的系统中并带来计量手段的突破，我对此很有信心，”Daniel Loss在最近发表的文章中评论说。这这篇文章中，第一作者Luka Trifunovic博士，Loss团队涨的博士后做出了重要的贡献，他们的工作是在与JARA量子信息研究所（德国亚琛）和哈佛大学（美国剑桥）同事的合作下完成的。

新材料在线编译整理——翻译：田云    校正：摩天轮