金剛石中的雜質(zhì)不僅有顏色，而且可以通過雜質(zhì)使金剛石成為磁場(chǎng)和溫度領(lǐng)域的精確傳感器。當(dāng)雜質(zhì)遇到氮原子時(shí)，金剛石晶體結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生改變，一種稱為氮-空位中心就會(huì)形成。氮-空位中心里的電子與量子自旋態(tài)呈現(xiàn)出了驚人的一致性，而且量子自旋態(tài)可以被精確的控制操作。如果納米金剛石內(nèi)部電子的連貫性能夠維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，這樣我們不僅可以實(shí)現(xiàn)金剛石成為量子計(jì)算機(jī)的自旋載體材料之一，而且金剛石也會(huì)成為揭示神經(jīng)細(xì)胞秘密信息的完美裝置。

       大塊金剛石的氮-空位中心可以儲(chǔ)存光子，并且攜帶有量子文件. 新技術(shù)的發(fā)明，使得納米金剛石結(jié)構(gòu)可以通過進(jìn)入氮-空位中心，自組形成環(huán)形結(jié)構(gòu)量子，稱之SP1蛋白質(zhì)。但問題是以微秒單位計(jì)算的時(shí)候，納米金剛石的自旋連貫性很弱。如今劍橋大學(xué)研發(fā)人員已經(jīng)找到在精細(xì)人造金剛石中保護(hù)氮-空位中心旋轉(zhuǎn)的方法，而且旋轉(zhuǎn)一致性的測(cè)量也具有很高的分辨率。

       除了以上劍橋大學(xué)研究出的方法外，沒有其它的方法可以讓只有幾十納米原子金剛石傳感器精確通過，這是目前所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。但是或許我們可以建立一個(gè)精密的查詢裝置，一旦有很多這樣的傳感器，卻找不出你所需要的時(shí)候，比如提取一個(gè)人細(xì)胞的重要器官或諸如之類的關(guān)鍵時(shí)刻，在成百個(gè)亞細(xì)胞器官里尋找就變得容易多了。

       由于氮-空位中心會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)出熒光，使得納米療法或者極小（大約兩千分之一開氏度）溫度變化的測(cè)量，甚至是在極小的空間（200 納米范圍內(nèi)）和時(shí)間范圍的測(cè)量都成為可能。研究人員主要是利用掃描共聚焦顯微鏡的方法測(cè)量所發(fā)出的熒光。這種顯微鏡可以遷移除了來自一個(gè)單一平面的光之外的所有光線，因?yàn)榈?空位中心對(duì)磁場(chǎng)和電子比較敏感，研究人員把它們當(dāng)作是一個(gè)DC 磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行操作計(jì)算。因此，從本質(zhì)上講，研究人員可以證明核磁共振的光學(xué)檢測(cè)。

       我們都知道，整個(gè)積極代謝細(xì)胞內(nèi)部的溫度環(huán)境是不一樣的，像線粒體和中心粒這樣的細(xì)胞活動(dòng)是和局部細(xì)胞的熱點(diǎn)區(qū)密切相關(guān)的，甚至神經(jīng)元都有明顯的熱剖面峰值，其峰值熱量首先被細(xì)胞吸收，然后再被釋放出來。

       而利用納米金剛石出現(xiàn)的問題是一旦放到細(xì)胞內(nèi)，就要一直保持原樣不動(dòng)。雖然運(yùn)用其他方法已經(jīng)解決了溫度測(cè)量的困難，比如基因編碼熱傳感器。但是如果這些新納米金剛石可以附在蛋白質(zhì)上，像以上提到的SP1一樣，那么納米金剛石作為觀察和了解細(xì)胞秘密的完美工具就會(huì)實(shí)現(xiàn)。（摘譯自“Nanodiamond sensors allow for complete surveillance at the cell level”。翻譯：馬燕平）