量子納米金剛石有助更早檢測疾病

2020-12-23 中國科學技術館

用於體外診斷的納米金剛石藝術圖 圖片來源：Ella Maru Studio/ UCL

近日，英國倫敦大學學院研究人員發現，納米金剛石的量子傳感能力可以用於提高基於紙張的診斷測試的靈敏度，有可能使諸如愛滋病毒等疾病的早期檢測成為可能。

試紙橫向流動測試和妊娠測試的工作原理是一樣的，將一張紙浸泡在液體樣本中，顏色的變化——或螢光信號——表明陽性結果和檢測到的病毒蛋白質或DNA。它們被廣泛用於檢測從愛滋病毒到新冠病毒的各種病毒，可以提供快速診斷，因為結果不需要在實驗室中處理。

但發表在《自然》上的這項新研究發現，低成本的納米金剛石可以用來顯示一種愛滋病標記物的存在，其敏感性比這些試紙測試中廣泛使用的金納米顆粒高出數千倍。

研究人員利用納米金剛石的量子特性製造了精確的缺陷。在鑽石高度規則的結構中，這種缺陷產生了所謂的氮空位（NV）中心。NV中心有許多潛在的應用，從用於超敏感成像的螢光生物標記到量子計算中的信息處理量子位。

這種更高的敏感性使得檢測到的病毒量更低，意味著這種方法可以檢測到較低水平的疾病，或者在較早階段檢測到疾病，這對於降低感染者的傳播風險以及對愛滋病等疾病的有效治療至關重要。

該研究小組正致力於在未來幾個月對新技術進行改造，以測試新冠肺炎和其他疾病。研究人員表示，下一步的關鍵是開發一種可以「讀取」結果的手持設備，進一步的臨床評估研究也在計劃之中。

「我們相信，這一革命性的新技術將使患者受益，並保護人們免受傳染病的傷害。」該研究負責人Rachel McKendry說。

作者：魯亦

本文來自：中國科學報

相關焦點

  • 《自然》雜誌:量子納米金剛石有助於更早發現某些危害極大的疾病
    發表在最近一期的《自然》雜誌上的一項重要新研究論文，題為：「自旋增強型納米金剛石生物傳感，用於超靈敏診斷」。該研究發現，低成本的納米金剛石可用於發出諸如愛滋病病毒（HIV病毒）之類的疾病標誌物的信號，其靈敏度是這些測試中廣泛使用的金納米顆粒的數千倍。
  • 納米金剛石可在單分子水平檢出病毒
    據最新一期《自然》雜誌報導，英國倫敦大學學院的一項新研究發現，低成本納米金剛石的量子感應能力可提高紙質診斷測試的靈敏度，其靈敏度比廣泛使用金納米顆粒的測試高出5個數量級，有望更早檢測出諸如HIV之類的病毒性疾病。
  • 納米金剛石可在單分子水平檢出病毒 靈敏度比金納米顆粒高5個數量級
    據最新一期《自然》雜誌報導，英國倫敦大學學院的一項新研究發現，低成本納米金剛石的量子感應能力可提高紙質診斷測試的靈敏度，其靈敏度比廣泛使用金納米顆粒的測試高出5個數量級，有望更早檢測出諸如HIV之類的病毒性疾病。
  • 科學家實現金剛石陣列深度彈性應變,或開啟微電子量子應用新時代
    為了生產長度約 1 毫米、寬度 100-300 納米、具有明確幾何形狀和晶體取向的拉伸樣品，他們使用了先進的微細加工工藝，即通過微波等離子體輔助化學氣相沉積法生長的塊狀單晶金剛石。緊接著，他們使用定量納米壓頭在位移控制下進行了加載與卸載拉伸試驗，測得的典型載荷位移曲線顯示了金剛石彈性能夠完全恢復的可能性。
  • 新方法讓金剛石變身晶片時更「聽話」
    科技日報訊 （記者李麗雲）如何讓金剛石「聽話」，像矽一樣實現晶片的基本功能？哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破，首次通過納米力學新方法，通過超大均勻的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，為實現下一代金剛石基微電子晶片提供了一種全新的方法。
  • 2021年第一期《Science》:將金剛石拉伸到極大均勻彈性變形!
    通常，金剛石被認為是不可彎曲的，但薄的樣品實際上可以有彈性變形。　　近日，來自香港城市大學Alice Hu和陸洋、哈爾濱工業大學朱嘉琦、麻省理工李巨等研究者，以~100納米寬度製備了長度~1微米的單晶金剛石橋結構，並在室溫下沿[100]、[101]和[111]方向單軸拉伸載荷下獲得了樣品寬的均勻彈性應變。
  • 金剛石可拉伸,變身晶片時更「聽話」
    該研究為彈性應變工程及單晶金剛石器件的應用提供基礎性和顛覆性解決方案，展現了「應變金剛石「在光子學、電子學和量子信息技術中的巨大應用潛力。據論文作者之一、哈工大航天學院朱嘉琦教授介紹，金剛石具有高硬度、超寬帶隙、出色的載流子遷移率和優異的導熱性能，是實現「後摩爾」時代電子、光電子和量子晶片的基礎性材料之一，目前最大的技術障礙在於實現帶隙的有效調控。由於金剛石結構緊湊，常規的N型摻雜目前進展緩慢。2018年陸洋團隊首次報導納米級金剛石針可具有超大的彈性變形，局部彎曲彈性應變達到9％以上，提供了調節金剛石能帶的另一種可能。
  • 新年首篇《Science》:金剛石實現極大、可逆、均勻彈性變形!
    拉伸金剛石可以為設備應用帶來非常優異的品質。本文在室溫下沿[100]，[101]和[111]方向對長度約1微米，寬度約100納米的單晶金剛石橋結構進行了微加工，並在單軸拉伸載荷下實現了樣品範圍內的均勻彈性應變。極大、高度可控的彈性應變可以從根本上改變金剛石的能帶結構，該成果為深度彈性應變工程在光子學、電子學和量子信息技術方面提供巨大應用潛力。
  • 第五屆國際碳材料大會暨產業展覽會 ——金剛石及碳基薄膜論壇
    Workshop系列活動　　Workshop 1：　　量子前沿應用　　鑽石色心、缺陷與檢測　　4. 輻照改色工藝與彩鑽市場　　5. 鑽石切割、切磨、鑲嵌等加工工藝及相關設備　　6. 天然鑽石與培育鑽石、莫桑石、二氧化鋯石等仿鑽的新型鑑別　　7. 鑽石珠寶設計與價格體系　　8.
  • 金剛石研磨液和金剛石拋光液
    金剛石研磨液和金剛石拋光液主要區分在於金剛石微粉的粒度不同,因而應用領域不同。
  • 鑽石的量子未來:量子新時代的寶貝兒
    咋聽起來，許多人會感到奇怪，鑽石這個人類的寶貴修飾品，怎麼又跟量子新時代連在了一起？鑽石不僅是漂亮的寶石，它還具有許多遠遠超出其美的吸引力的特性。這種特殊形式的碳現在具有許多實際的量子應用，正在與即將出現的鑽石量子新應用將會產生更加深刻的影響，科學家們稱之為金剛石量子技術（Diamond Quantum Technologies）。
  • Nature 子刊:金剛石納米線束儲能密度為鋰離子電池的 3 倍,可用於...
    下圖 a 展示了兩種不同的金剛石納米線束 Achiral 和 Chiral，Achiral 具有對稱的橫截面和線性形態，而 Chiral 則具有初始的螺旋形態。由於直徑較小，納米線束能夠在任意鍵斷裂前達到非常高的扭轉角，圖中兩個納米線束的扭轉角分別約為 25.55 rad 和 17.28 rad。兩個納米線束名稱後的六個整數分別表示結構中的鍵合拓撲。
  • 最新研究:微小的應變納米氣泡帶來巨大的量子跳躍
    利用過去三年研究團隊所開發的先進的光學顯微鏡技術，該團隊首次能夠對這些狀態進行直接成像，揭示出即使在室溫下它們也是高度可調製的，並且可以作為密閉的半導體發光碎片的量子點。如圖所示雷射照明的納米光學探針的示意圖，該探針研究了二維半導體二硒化鎢（WSe2；綠色和黃色的球）的應變納米氣泡。單層WSe2位於氮化硼層上（藍色和灰色球）。
  • 美企NDB的納米金剛石電池,使用期可達兩萬年!顛覆能量守恆定律
    近日，美國的NDB公司稱，他們的納米金剛石電池將像小型核發電機組一樣，完全顛覆能源化學方程的原理。這種電池將擺脫一切能量的對比，使用期從10年到28000年不一，而且實在不用充電的情況下的使用期限。把高純石墨進行提純之後，用於製作很小的碳-14的金剛石。金剛石的構造類似半導體材料和熱管散熱器一般，它能收集電荷並把電荷傳輸出來。試驗室生產製造的廉價的、無放射性碳-12金剛石就是將具有發射性的碳-14金剛石完全包囊起來，碳-12金剛石帶有高能粒子，可以避免核輻射的洩露。而且，它還能作為一種非常硬實的保護層和抗幹擾性層。
  • 美國首個量子技術加速器助力初創企業
    2021年7月15日，美國首個量子技術加速器Duality[1]第一輪已集結6家量子技術和應用的初創企業。Duality將為初創企業提供為期12個月的商業和創業培訓、尖端設施使用、5萬美元無限制資金和頂級量子專家的指導，並有機會與美國芝加哥大學、美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、阿貢國家實驗室建立合作關係，獲取該區域最前沿的先進技術、納米加工、原子尺度測量、量子測試平臺等相關設備和設施的使用權，進一步開發和完善初創企業的商業模式。
  • 美納米金剛石電池自充電,封裝一次使用2萬年!
    最近一種叫做納米金剛石電池的概念正在迅速崛起，加利福尼亞的NDB公司表示，他們正在開發一種基於核廢料提取物的電池，將會顛覆現代能源方式，一次封裝之後，可以持續使用10年~28000年！
  • 利用全新量子顯微鏡,科學家首次觀察到納米光晶體內光的動態
    以色列理工大學研發的量子顯微鏡 大學網站 圖卡米內爾說，他們研發出的超快透射電子顯微鏡是全球最先進的近場光學顯微鏡，用它可將不同波長的光源以不同角度照亮任何納米材料樣品，並繪製樣品中光與電子的相互作用。研究小組成員、論文第一作者王康鵬博士表示，這是他們首次真實觀察到光束縛在納米材料中的動態，而非依靠計算機模擬。
  • 金剛石的化學合成
    金剛石卓越的物理化學性質及其作為鑽石的光彩閃爍形象吸引了眾多的科學家投入到金剛石的研究中。1772年，法國科學家拉瓦錫燃燒金剛石發現產物中僅有二氧化碳，1796 年，英國科學家S. Tennant通過精確燃燒實驗首次進行了定量分析，證明了金剛石和石墨都是碳的同素異構體，從此人們總想實現「點碳成金剛石」的夢想。這就是金剛石合成的起因。
  • 納米科技:納米圖案鑽石的新見解!
    納米科技：納米圖案鑽石的新見解！將納米結構蝕刻到金剛石表面上的能力預期具有廣泛的潛在應用，但到目前為止，在納米級蝕刻和圖案化金剛石一直是具有挑戰性的，因為金剛石是高度化學惰性的（非反應性的）。在一項新研究中，研究人員研究了一種將電子束用於納米圖案化金剛石的技術，其結果為新興的納米加工工藝提供了新的見解。澳大利亞雪梨雪梨科技大學的研究人員James Bishop等人在最近一期ACS Nano上發表了一篇關於金剛石納米圖案和蝕刻的論文。在他們的工作中，研究人員研究了一種稱為氣體介導電子束誘導蝕刻的技術。