單分子量子感測器打破相干時間紀錄，開創單一蛋白質造影新時代

相干時間的挑戰與解決方案

分子自旋，即攜帶感測資訊的量子態，其相干時間通常短於 10 微秒，遠不足以進行有效的測量 。滑鐵盧團隊透過兩項關鍵創新解決了這個問題：

改良的 XYXY 偶極去耦序列。 這種新穎的控制序列能在廣泛的控制場範圍內抑制電子間偶極交互作用，將相干時間延長至 約 400 微秒，比相同系統中標準自旋迴波技術的表現高出 約 60 倍 。論文的共同第一作者、IQC 博士生 Sahand Tabatabaei 說：「保持 OX063 自旋足夠長的相干時間，使其能作為有用的感測器，是其中一個主要挑戰。」

基於奈米線的機械讀取。 有別於鑽石 NV 色心感測器使用的光學讀取，SQUINT 平台透過機械方式檢測量子訊號。這些奈米線探針直徑僅 100 奈米（約莫一個病毒的大小），長度為 20 微米（約一根頭髮的直徑） 。這種機械檢測方法是量子感測領域的全新嘗試，它讓感測器能比鑽石基感測器更貼近目標分子 。

對單一蛋白質成像與藥物發現的影響

trityl-OX063 感測器能直接定位在目標分子旁邊，不像鑽石 NV 色心那樣被鎖在晶體結構中，因此具備了根本性的近距離優勢 。研究人員展望了幾項強大的應用：

• 單一蛋白質結構繪圖。 現有的分子成像技術需要大量、平均後的樣本，無法呈現單一蛋白質的獨特結構。這項技術能測量單一蛋白質內部個別原子的磁環境，從而實現分子層級的直接結構繪圖 。
• 藥物發現。 對單一蛋白質進行精確成像，有助於了解疾病在分子尺度的發展過程，以及藥物候選分子如何與其標靶互動，進而可能設計出更有效的療法 。
• 近距離優勢。 由於 trityl-OX063 分子不受晶體結構束縛，可以透過化學鍵結或精確定位在目標分子的數奈米範圍內，提供現有平台無法比擬的分子層級感測器佈署控制能力 。

當前進展與未來藍圖

目前，SQUINT 感測器已能檢測約 10 個核自旋的磁態 。主導這項研究的 Raffi Budakian 博士表示，團隊已有明確的發展藍圖，目標是達到單自旋靈敏度——這是繪製單分子結構的關鍵步驟 。這項工作代表了一個實質性的進展，利用量子感測器來回答那些傳統技術無法觸及的生物學和醫學問題。