Q-BiC：一种用于体外和体内自旋量子传感的生物相容性集成芯片
量子物理
2026-03-02 v1 生物物理
摘要
光学可寻址的自旋量子传感器能够对系统的温度、磁场、pH值及其他物理性质进行纳米级测量。将传感器从活细胞和多细胞生物中的原理验证演示推进到可靠、无损伤的量子传感，面临三个不同的技术挑战。首先，自旋量子传感需要光学可及性和微波传输。其次，任何微电子器件都必须具有生物相容性，并设计用于活体标本成像。第三，高效的微波传输和温度控制对于减少不必要的热量并维持最佳生物环境至关重要。在此，我们提出量子生物传感芯片（Q-BiC），它实现了微流控兼容的微波传输，并包含片上温度控制。我们展示了Q-BiC与含有氮空位中心的纳米金刚石结合使用，在活体系统中进行光探测磁共振。我们在体外HeLa细胞和体内秀丽隐杆线虫中量化了光探测磁共振所需的微波激发的生物相容性，用于温度测量，并确定了在观察到有害效应之前允许的微波暴露范围。此外，我们表明，可以在固定但未麻醉的成年线虫中以最小应激进行纳米级量子测温。这些结果使得在不损伤所研究生物系统的情况下使用自旋量子传感器成为可能，从而促进对细胞内过程的局部热力学和粘弹性特性的研究。
引用
@article{arxiv.2406.01181,
title = {Q-BiC: A biocompatible integrated chip for in vitro and in vivo spin-based quantum sensing},
author = {Louise Shanahan and Sophia Belser and Jack W. Hart and Qiushi Gu and Julien R. E. Roth and Annika Mechnich and Michael Hoegen and Soham Pal and David Jordan and Eric A. Miska and Mete Atature and Helena S. Knowles},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.01181},
year = {2026}
}