日本研究人員開發出生物相容性分子量子納米感測器（MoQNs），能夠以前所未有的精準度測量活細胞內的溫度和化學自由基。這項成果來自日本量子科學技術研究所（QST）、東京大學與九州大學的研究團隊合作。「研究顯示，這些納米感測器可在亞細胞空間解析度下實現絕對溫度測量，並在活癌細胞的細胞質和細胞核中偵測自由基相關的自旋訊號，」研究團隊指出。 ### 解決精準度難題
以往科學家使用硬質量子感測器，如納米鑽石，這些感測器依賴晶格中的隨機缺陷，導致每個感測器不盡相同，產生雜訊數據和不一致結果。它們還面臨材料品質不均及生物相容性差的問題。為了解決長期存在的活細胞內部環境精準測繪難題，研究人員設計出這些分子量子納米感測器。新平台採用有機納米晶體內保護的pentacene 分子自旋量子位元，每個 MoQN 完全相同。這種分子層級的一致性，讓絕對溫度讀數不受感測器固有缺陷影響。
感測器塗上特殊表面活性劑，確保細胞安全，實現分子均勻性、在生理條件下可靠運作，並克服先前量子感測技術的限制。嚴格測試證實，這些感測器完全生物相容，能進入細胞而不破壞膜完整性、新陳代謝或自然生長週期。 測試顯示，MoQNs 在細胞環境中維持完整量子功能，執行自旋回波測量和弛豫測量等複雜任務。使用氘化 pentacene（dMoQNs）微調分子互動，獲得超精準溫度讀數，揭示細胞比周圍環境更暖。
最重要的是，團隊成功繪製細胞核熱圖，發現特定核內位置的「熱點」和溫度變化，證明這些感測器能提供細胞最關鍵細胞器的詳細熱圖。簡言之，細胞核不同部位溫度各異，這可能重新定義 DNA 行為及熱驅動細胞反應的理解。 除了溫度，MoQNs 還能作為細胞化學狀態的報告器，偵測細胞內自由基活性訊號。生命依賴化學反應，其中許多涉及「自由基」——高反應性分子，可能造成損傷或壓力訊號。
研究人員證實，這些感測器可透過追蹤細胞質和細胞核的自旋行為變化，監測「氧化壓力」。這種多功能性，將 MoQN 轉變為多用途量子平台，能輕鬆報告細胞內化學和健康狀態，正如測量溫度般精準。「這項工作顯示，MoQNs 可直接在活細胞內運作，維持絕對測溫所需的精準度，」QST 量子生物工程團隊領袖 Ishiwata 博士表示。「我們相信，這開啟了細胞內環境定量量子測量的全新途徑。
」這些新感測器易於客製化，對活組織安全，並在真實條件下提供清晰數據。研究結果發表於《Science Advances》。
