量子显微镜可详细观察活细胞细节
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  显微镜技术取得重大突破!据最新发表在《自然》杂志上的文章,来自澳大利亚昆士兰大学的研究人员发明了一种量子显微镜,可使研究人员在的情况下检查活细胞,看到其他方式无法揭示的生物结构细节。这为生物技术的应用铺平了道路,且有望应用于导航、医学成像等领域。

  显微镜由量子纠缠提供动力,爱因斯坦将这种效应描述为“远距离幽灵般的相互作用”。

  来自昆士兰大学量子光学实验室和ARC工程量子系统卓越中心(EQUS)的沃里克·鲍恩教授说:“这是第一个性能超过现有最佳技术的基于量子纠缠的传感器。”这台量子显微镜的成功首次证明,量子纠缠改变传感范式的潜力。

  量子显微镜的一个主要成功之处在于,它能够跨越传统光基显微镜的“硬障碍”。通常,传统的光学显微镜会在被观察的生物样本上聚焦照明光线,更强大的光源使研究人员能够更细致地看到细胞。但这种方法的精确度存在一个根本性限制:在某一时刻,足够明亮的光线会破坏活细胞。

  鲍恩和他的同事们已经找到了克服该问题的方法。他们使用了一种带有两个激光光源的显微镜,但通过一种特殊设计的晶体“挤压”了其中一束光线。它通过在光子(激光束中的光粒子)中引入量子纠缠来做到这一点。

  光子被耦合成相互关联的对,其中任何具有不同于其他光子能量的光子都被丢弃,而不是被配对。这一过程降低了光束的强度,同时降低了其噪声,从而可以进行更精确的成像。

  大约10纳米厚的酵母细胞的细胞壁及其细胞液,即使用最好的非量子显微镜,这两者的成像都是微弱的,用标准显微镜则是完全看不见的,而用量子显微镜则可以看到它们的结构细节,从而帮助我们在最小的尺度上理解生命的基本知识。

  英国埃克塞特大学的弗兰克·沃尔默表示:“这是光学显微镜领域的一项非常令人兴奋的进展,它为改进最先进的显微镜的工作方式打开了大门,其光强度正好不会破坏生物样本。”

  鲍恩说,量子显微镜也将有实际应用。例如,光学显微镜经常被用来确定细胞是否癌变或诊断其他疾病,而量子显微镜可以显著提高这些测试的灵敏度,并加快测试速度。

  总编辑圈点

  微观世界的量子物理,已越来越多地进入人类的宏观世界,并对现实生活产生切实影响。通过操控量子,利用量子的神秘特性“幽灵般的超距作用”,科研人员发明了能够将活着的细胞结构细节看得更清晰的显微镜。这种显微镜巧妙地突破了传统光学镜的瓶颈。传统光学镜的工作原理,是越亮越清晰。但太强的光束对微小的细胞具有杀伤性,人类往往只能在看“活细胞”和“看得更清楚”之间二选一。量子显微镜让我们在更小尺度上看见生命,理解生命。小小量子,潜力无限。


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