Крошечные алмазные сенсоры могут следить за жизнью клетки и находить болезни на ранних стадиях — даже рак. Но есть проблема: чем меньше алмазный кристалл, тем хуже его квантовые свойства.

Все процессы, которые нужно изучать на молекулярном уровне, требуют чего-то очень маленького. Надо залезть внутрь клетки, а для этого нужны наночастицы, — объясняет Ури Цви, аспирант Чикагского университета. — Алмазные нанокристаллы уже пробовали как биосенсоры, но их работа оказалась гораздо хуже ожидаемого.

Цви и его коллеги нашли решение. Они придумали, как улучшить квантовые свойства алмазных наночастиц, вдохновившись… телевизорами.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как QLED-телевизоры помогли квантовым сенсорам

Ранние модели QLED-экранов страдали от мерцания — яркие точки внезапно гаснули. Проблему решили, окружив квантовые точки специальной оболочкой. Ученые подумали: если это работает с телевизорами, почему бы не попробовать с алмазами?

Они покрыли алмазные наночастицы кремниево-кислородной оболочкой (силоксаном). Она не только защищает, но и делает частицы «невидимыми» для иммунных клеток — те просто проглатывают их, не пытаясь уничтожить.

Но самое интересное обнаружилось позже.

Неожиданный эффект

Ожидали небольшого улучшения, но получили вчетверо более стабильный сигнал. Почему?

Оказалось, оболочка не просто экранирует помехи — она меняет поведение электронов в самом алмазе. Теперь ученые точно знают, какие именно дефекты поверхности портят квантовые свойства, и могут их устранять.

Это не просто более чувствительный сенсор, а новый способ управлять квантовыми материалами, — говорит Цви.

Этот метод открывает путь к сверхточным медицинским диагностикам:

• Раннее выявление рака — сенсоры могут улавливать малейшие изменения в клетках до появления симптомов.
• Исследование болезней — например, как вирусы взаимодействуют с клетками в реальном времени.
• Развитие квантовых технологий — принцип можно применять не только в медицине, но и в вычислительных системах.

Пока неясно, как долго такие сенсоры сохраняют стабильность в организме и можно ли их безопасно выводить после использования.

Ранее ученые создали термометр для измерения температуры отдельной клетки.