中國科學技術大學杜江峯教授領銜的研究團隊將量子技術應用於單個蛋白分子研究，在室温大氣條件下獲得了世界上首張單個蛋白質分子的磁共振譜。該研究不僅將磁共振技術的研究對象從數十億個分子推進到單個分子，並且“室温大氣”的實驗環境為該技術未來在生命科學等領域的廣泛應用提供了必要條件，使得高分辨率的納米磁共振成像及診斷成為可能。
3月6日的國際學術期刊《科學》將該項研究作為亮點文章發表，稱其是“通往活體細胞中單個蛋白質分子實時成像的里程碑”。
據介紹，磁共振技術能夠準確、快速和無破壞地獲取物質的組成和結構信息，已被廣泛應用於基礎研究和醫學等領域。然而，由於受制於探測方式，目前通用的磁共振譜儀的研究對象通常為數十億個分子，成像分辨率僅為毫米量級，無法觀測到單個分子的獨特信息。
杜江峯研究團隊利用鑽石中的氮—空位點缺陷作為量子探針(以下簡稱“鑽石探針”)，選取了細胞分裂中的一種重要蛋白為探測對象。他們首先將蛋白從細胞中分離並將標記物(氮氧自由基)固定在蛋白的特定位置，然後將此蛋白分子放在鑽石表面，此時標記物距離“鑽石探針”約10納米，會產生僅相當於地磁場1/16的極微弱的磁信號。“鑽石探針”具有感知極弱磁信號的能力，在激光和微波操控下，它形成一個量子傳感器，將單分子信號轉化為光學信號而加以檢測。杜江峯研究團隊在室温大氣條件下獲取了單個蛋白質分子的磁共振譜，並通過對比不同磁場下的多組磁共振譜的特徵，獲取了它的動力學性質。
專家指出，未來可將該技術應用於生命及材料領域的單分子成像、結構解析、動力學監測，甚至直接深入細胞內部進行微觀磁共振研究。
