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       人们不会指望金刚石与癌症治疗有任何关系，但实际上金刚石可以提高癌症病人的生存机率。

       “使用传统技术，几乎不可能确定癌症治疗是否达到百分之百或百分之百九十九有效。 这种差异可能会产生重大后果，因为即使体内只有少数存活的癌细胞，癌细胞仍然可以在体内扩散。量子力学金刚石传感器将非常敏感，能够在大量的健康细胞中检测到数量很少的癌细胞，”丹麦科技大学物理学副教授亚历山大·哈克说。

       钻石并不是从珠宝商处购买，它们是人造金刚石，表面具有微米薄层，具有进行测量所需的特殊性能。

       该方法基于磁性生物标记物，其可以与癌细胞结合，但不能与健康细胞结合，这是已知的方法原理。然而困难的部分是：虽然您已经在两种细胞之间创建了磁差，但它需要一个非常灵敏的传感器来检测每个标记物周围的磁场。

       磁力传感器最着名的例子是指南针。指南针对地球磁场敏感，它能感应30-40微特斯拉之间磁场强度。癌症诊断需要能够感应几十个纳特斯拉的磁场强度。

       金刚石传感器的分辨率约为1微米。亚历山大·哈克说“这对我们来说足以区分生物细胞。我们希望能够在一百万个健康细胞中检测和分离各个癌细胞。”

       为什么要用金刚石检测磁场？

       金刚石由保持在固定的三维网格中的碳原子组成。它不与磁场相互作用，因此不适合作为传感器。然而，亚历山大·哈克和来自乌尔姆和莱比锡大学的研究人员改变了这种结构，得到一种缺陷结构。在每个缺陷结构中，碳原子被氮原子代替，这种变化也会在碳原子的晶格中产生许多孔，使得各个原子消失，然后将金刚石加热至约 800°C，这导致孔在结构中移动直到它们与氮原子相邻。 然后氮原子和空穴结合形成单一结构——一个NV（氮空位）中心。 中心的作用是吸收来自光谱绿色部分的光，中心会发出红光。

       金刚石中的每个NV中心也都有电子自旋。自旋可以是向上或向下，决定发射多少红光。除了上下旋转之外，它也有周期性的变化，就像地球不仅在其轴上自转，其旋转轴线也发生变化。这些周期性变化的速度和大小都受周围的磁场的影响。换句话说，可以通过测量自旋的周期性变化来研究磁场。这是通过在缺陷中心上照射绿光并检测发射多少红光来完成的。

       该方法利用叠加法，一种量子力学现象，其中粒子可以同时处于两个状态。 “更具体地说，我们确保电子的自旋同时上下摆动，中心的两种自旋在磁场中表现不同。”亚历山大·哈克解释说，通过检测自旋的上下摆动变量，我们可以确定磁场。不同于电场，当电场遇到组织、血液和骨骼时受到显著影响，磁场在很大程度上不受影响。

       从实验室到医院

       金刚石在医疗中也有很多优势。它是一种非常健康材料，与身体接触并没有健康风险。

       丹麦科技大学物理学院的小组并不是第一个提出将金刚石用作磁场传感器的，早在20世纪90年代，许多国际组织已经开始研究并使其成为现实。然而，与丹麦科技大学电气工程系以及与Hvidovre医院和飞利浦的跨学科合作给了亚历山大·哈克和他的同事们在医疗方面的领先地位。

       “我们可以说这种方法与第二阶段癌症患者息息相关，他们接受了癌症治疗，医生需要确定治疗效果如何。但是，要研发出能在医院中使用的设备仪器还有很长的路要走。下一步是与丹麦科技大学研究纳米技术的同事合作，设计出合适的设备。”亚历山大·哈克希望在两年内制造出第一代的设备。同时他讲到，“如果我们决定在一家新公司进行进一步发展，那么最好的时机可能是在我们准备好第一个原型的时候，大概在两年左右。但是还有其他选择，例如我们与现有的医疗技术公司合作。现在我们需要考虑的是设备的使用范围，它的应用绝不限于癌症领域。当电子从A移动到B时，就会产生一个小的局部磁场。如果有一个足够敏感的磁场传感器，我们就可以检测身体中的许多过程。它是非侵入性技术，不需要手术或探针。 因此，对于身体的关键部位如脑或心脏，这种技术会是更好的选择。”(编译：中国超硬材料网)