如果人類可以使用 X 射線視覺來觀察阿爾茨海默病最早的細胞過程，他們就會看到大腦中某處的一條蛋白質鏈將自己綁成一個畸形的結。

這種被稱為蛋白質錯誤折疊的微觀花邊在人類生物學中是正常的。然而，當身體篩選這些錯誤折疊蛋白質的機制失敗時，結果可能導致神經退行性疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病。

究竟為什么蛋白質會錯誤折疊以及為什么身體有時無法消除它們是未知的，這也是芝加哥大學普利茲克分子工程學院(PME) 的研究人員正在開發(fā)一些世界上最先進的生物傳感器的原因之一。

編譯來源：Eurekalert    編輯｜感知芯視界  

據Eurekalert5月13日消息，分子工程助理教授Peter Maurer創(chuàng)造了下一代量子傳感器，將打開生物和醫(yī)學研究的新大門。

在介紹Peter Maurer的新研究之前，我們有必要了解一下什么是量子傳感器：

01 量子傳感器的定義  

一項技術怎樣才能認為是量子技術？業(yè)內研究員普遍認為，遵循量子力學規(guī)律，利用量子的疊加性與糾纏性等量子效應的技術，都可嚴格地認為是量子技術。  

近年來，人們發(fā)現利用量子力學的基本屬性，例如量子相干，量子糾纏，量子統(tǒng)計等特性，可以實現更高精度的測量。因此，基于量子力學特性實現對物理量進行高精度的測量稱為量子傳感。

在量子傳感中，電磁場、溫度、壓力等外界環(huán)境直接與電子、光子、聲子等體系發(fā)生相互作用并改變它們的量子狀態(tài)，最終通過對這些變化后的量子態(tài)進行檢測實現外界環(huán)境的高靈敏度測量。而利用當前成熟的量子態(tài)操控技術，可以進一步提高測量的靈敏度。因此，這些電子、光子、聲子等量子體系就是一把高靈敏度的量子“尺子”——量子傳感器。  

所謂量子傳感器，可以從兩方面加以定義：  

(1)利用量子效應、根據相應量子算法設計的、用于執(zhí)行變換功能的物理裝置;  

(2)為了滿足對被測量進行變換，某些部分細微到必須考慮其量子效應的變換元件。  

不管從哪個方面定義，量子傳感器都必須遵循量子力學規(guī)律?？梢哉f，量子傳感器就是根據量子力學規(guī)律、利用量子效應設計的、用于執(zhí)行對系統(tǒng)被測量進行變換的物理裝置。

比如量子雷達技術，就運用了量子糾纏原理。根據物理學家SethLloyd的理論方案，這個過程包括將一系列糾纏光子對中的一半從一個物體上彈回來，然后將返回的光子與被阻擋的光子進行比較。這樣做的目的是將最初發(fā)出的輻射與強噪聲源區(qū)分開來，發(fā)現隱形飛機等普通雷達無法探測到的物體，并將雷達操作員隱藏起來。  

與蓬勃發(fā)展的生物傳感器一樣，量子傳感器應由產生信號的敏感元件和處理信號的輔助儀器兩部分組成，其中敏感元件是傳感器的核心，它利用的是量子效應。  

我們再來說回Maurer的新研究。Maurer的納米傳感器由鉆石制成并由量子物理學提供動力，將能夠測量活細胞內的磁場和電場、時間、溫度和壓力。雖然他的研究仍處于早期階段，但它在醫(yī)學及其他領域具有深遠的潛力。

圖片：普利茲克分子工程教授 Peter Maurer 及其同事正在使用納米級傳感器直接從細胞中傳遞關鍵信息。

量子傳感器可以對當前技術無法訪問的生物過程進行測量，或者在疾病臨床表現之前對其進行檢測。這項技術具有擴展生物物理學和分子生物學研究的潛力，”Maurer說?！斑@將幫助我們了解用傳統(tǒng)方法看不到的過程。然后，當它在臨床環(huán)境中得到應用時，你會看到新的、非常有效的疾病篩查過程——對我們目前無法檢測的疾病進行檢測?！?