ABEL 阱中用于蛋白质动力学量子传感的单纳米金刚石 NV 中心

酶是细胞蛋白质机器，利用各种构象变化来驱动快速生化催化。我们的目标是利用纳米金刚石中发光 NV（氮空位）中心的单自旋特性，以最高的时空分辨率揭示生理条件下活性酶复合物的动力学。NV 传感器特异性附着在膜酶 FoF1-ATP 合酶上，将报告由三磷酸腺苷（ATP）驱动的 Fo 电机亚基的完整旋转，该旋转分为连续的十个 36{\deg} 步。构象动力学的监测可采用双电子-电子共振方案、带光学读数的 NV 磁力测量，或使用附着在同一酶上的超顺磁纳米颗粒作为第二标记物的 NV 弛豫测量。首先，我们展示了在共聚焦反布朗电动力学阱（ABEL 阱）中保持水溶液里的单纳米金刚石时，如何确定 NV 中心的所有光物理参数，如个体尺寸、电荷、亮度、荧光光谱范围和荧光寿命。单个纳米金刚石稳定的光子计数率和无闪烁现象，使得溶液中单纳米金刚石的观测时间可超过数百秒。对于所提出的活性酶内纳米级距离变化的量子传感，我们展示了通过分析溶液中各纳米金刚石 NV 中心的荧光寿命变化，可以全光学地探测局部磁场波动。