人們不會指望金剛石與癌癥治療有任何關系，但實際上金剛石可以提高癌癥病人的生存機率。

       “使用傳統技術，幾乎不可能確定癌癥治療是否達到百分之百或百分之百九十九有效。 這種差異可能會產生重大后果，因為即使體內只有少數存活的癌細胞，癌細胞仍然可以在體內擴散。量子力學金剛石傳感器將非常敏感，能夠在大量的健康細胞中檢測到數量很少的癌細胞，”丹麥科技大學物理學副教授亞歷山大·哈克說。

       鉆石并不是從珠寶商處購買，它們是人造金剛石，表面具有微米薄層，具有進行測量所需的特殊性能。

       該方法基于磁性生物標記物，其可以與癌細胞結合，但不能與健康細胞結合，這是已知的方法原理。然而困難的部分是：雖然您已經在兩種細胞之間創建了磁差，但它需要一個非常靈敏的傳感器來檢測每個標記物周圍的磁場。

       磁力傳感器最著名的例子是指南針。指南針對地球磁場敏感，它能感應30-40微特斯拉之間磁場強度。癌癥診斷需要能夠感應幾十個納特斯拉的磁場強度。

       金剛石傳感器的分辨率約為1微米。亞歷山大·哈克說“這對我們來說足以區分生物細胞。我們希望能夠在一百萬個健康細胞中檢測和分離各個癌細胞。”

       為什么要用金剛石檢測磁場？

       金剛石由保持在固定的三維網格中的碳原子組成。它不與磁場相互作用，因此不適合作為傳感器。然而，亞歷山大·哈克和來自烏爾姆和萊比錫大學的研究人員改變了這種結構，得到一種缺陷結構。在每個缺陷結構中，碳原子被氮原子代替，這種變化也會在碳原子的晶格中產生許多孔，使得各個原子消失，然后將金剛石加熱至約 800°C，這導致孔在結構中移動直到它們與氮原子相鄰。 然后氮原子和空穴結合形成單一結構——一個NV（氮空位）中心。 中心的作用是吸收來自光譜綠色部分的光，中心會發出紅光。

       金剛石中的每個NV中心也都有電子自旋。自旋可以是向上或向下，決定發射多少紅光。除了上下旋轉之外，它也有周期性的變化，就像地球不僅在其軸上自轉，其旋轉軸線也發生變化。這些周期性變化的速度和大小都受周圍的磁場的影響。換句話說，可以通過測量自旋的周期性變化來研究磁場。這是通過在缺陷中心上照射綠光并檢測發射多少紅光來完成的。

       該方法利用疊加法，一種量子力學現象，其中粒子可以同時處于兩個狀態。 “更具體地說，我們確保電子的自旋同時上下擺動，中心的兩種自旋在磁場中表現不同。”亞歷山大·哈克解釋說，通過檢測自旋的上下擺動變量，我們可以確定磁場。不同于電場，當電場遇到組織、血液和骨骼時受到顯著影響，磁場在很大程度上不受影響。

       從實驗室到醫院

       金剛石在醫療中也有很多優勢。它是一種非常健康材料，與身體接觸并沒有健康風險。

       丹麥科技大學物理學院的小組并不是第一個提出將金剛石用作磁場傳感器的，早在20世紀90年代，許多國際組織已經開始研究并使其成為現實。然而，與丹麥科技大學電氣工程系以及與Hvidovre醫院和飛利浦的跨學科合作給了亞歷山大·哈克和他的同事們在醫療方面的領先地位。

       “我們可以說這種方法與第二階段癌癥患者息息相關，他們接受了癌癥治療，醫生需要確定治療效果如何。但是，要研發出能在醫院中使用的設備儀器還有很長的路要走。下一步是與丹麥科技大學研究納米技術的同事合作，設計出合適的設備。”亞歷山大·哈克希望在兩年內制造出第一代的設備。同時他講到，“如果我們決定在一家新公司進行進一步發展，那么最好的時機可能是在我們準備好第一個原型的時候，大概在兩年左右。但是還有其他選擇，例如我們與現有的醫療技術公司合作。現在我們需要考慮的是設備的使用范圍，它的應用絕不限于癌癥領域。當電子從A移動到B時，就會產生一個小的局部磁場。如果有一個足夠敏感的磁場傳感器，我們就可以檢測身體中的許多過程。它是非侵入性技術，不需要手術或探針。 因此，對于身體的關鍵部位如腦或心臟，這種技術會是更好的選擇。”(編譯：中國超硬材料網)