Həddindən artıq həssas kvant sensorlarını canlı hüceyrəyə yerləşdirmək hüceyrə böyüməsini izləmək və xəstəliklərin, hətta xərçəngin də erkən mərhələlərində diaqnoz qoymaq üçün perspektivli bir yoldur.

Ən yaxşı, ən güclü kvant sensorlarının çoxu kiçik almaz parçalarında yaradıla bilər, lakin bu, ayrı bir məsələyə gətirib çıxarır: almazı hüceyrəyə yapışdırıb onu işə salmaq çətindir.

Çikaqo Pritzker Universitetinin Molekulyar Mühəndislik Fakültəsi Ph.D: “Həqiqətən molekulyar səviyyədə araşdırmalı olduğunuz bütün proseslər , çox böyük bir şey istifadə edə bilməzsiniz. Hüceyrənin içərisinə girməlisiniz. Bunun üçün bizə nanohissəciklər lazımdır” dedi. namizəd Uri Zvi. “İnsanlar əvvəllər almaz nanokristallarından biosensor kimi istifadə edirdilər, lakin onların gözlədiyimizdən daha pis fəaliyyət göstərdiyini aşkar etdilər. Əhəmiyyətli dərəcədə pisdir.”

Zvi bu məsələni həll edən Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında dərc olunan məqalənin ilk müəllifidir . UChicago PME və Ayova Universitetinin tədqiqatçıları ilə birlikdə Zvi, inqilabi yeni kvant biosensoru yaratmaq üçün hüceyrə biologiyası , kvant hesablamaları , köhnə yarımkeçiricilər və yüksək dəqiqlikli televizorlardan əldə edilən fikirləri birləşdirdi. Bununla onlar kvant materiallarında uzun müddətdir davam edən sirri işıqlandırdılar .

QLED televizorlarından ilhamlanan texnika almaz nanohissəciyini xüsusi hazırlanmış qabıqla əhatə etməklə, komanda canlı hüceyrə üçün ideal olan kvant biosensorunu yaratmaqla yanaşı, onun kvant xassələrini artırmaq üçün materialın səthinin necə dəyişdirilə biləcəyinə dair yeni anlayışlar da üzə çıxarıb .

Zvi-nin baş müstəntiqi, UChicago PME Prof. Aaron Esser-Kahn, məqalənin həmmüəllifi, “Bu, artıq Yer kürəsinin ən həssas şeylərindən biridir və indi onlar bunu bir sıra müxtəlif mühitlərdə daha da artırmaq üçün bir yol tapdılar” dedi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1748077637&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-05-diamond-nanoparticles-quantum-shell-tv.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM2LjAuNzEwMy4xMTQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMzYuMC43MTAzLjExNCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNi4wLjcxMDMuMTE0Il0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1748077637790&bpp=5&bdt=155&idt=-M&shv=r20250521&mjsv=m202505200101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1748077443%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1748077443%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D1b1b09cf233e1b4b%3AT%3D1735548424%3ART%3D1748077443%3AS%3DAA-AfjZKostxhmsFX2YCqOZbTGHa&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6802117093982&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2058&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=95353387%2C95352051%2C95360958%2C95360801&oid=2&pvsid=1316252834755190&tmod=1779314028&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=152

Almazlarla dolu bir hüceyrə

Almaz nanokristallarında yerləşdirilən qubitlər hətta hissəciklər canlı hüceyrə tərəfindən “qəbul ediləcək” qədər kiçik olduqda belə kvant uyğunluğunu qoruyur – yaxşı bir metafora hüceyrənin onları tüpürmədən udması və çeynəməsidir. Amma almaz hissəcikləri nə qədər kiçik olsa, kvant siqnalı bir o qədər zəif olar.

UChicago PME Asst, “Bu kvant sensorlarının canlı hüceyrələrə gətirilə biləcəyi və prinsipcə bir sensor kimi faydalı ola biləcəyi insanları bir müddət həyəcanlandırdı” dedi. Prof. Peter Maurer, məqalənin həmmüəllifi. “Bununla belə, böyük bir almaz parçasının içindəki bu cür kvant sensorları həqiqətən yaxşı kvant xüsusiyyətlərinə sahib olsalar da, nano almazlarda olduqda, əlaqəli xüsusiyyətlər, kvant xüsusiyyətləri əslində əhəmiyyətli dərəcədə azalır.”

Burada Zvi qeyri-mümkün bir ilham mənbəyinə – kvant nöqtəli LED televizorlarına müraciət etdi. QLED televizorları zəngin, tam rənglərlə yayımlamaq üçün canlı flüoresan kvant nöqtələrindən istifadə edir. İlk günlərdə rənglər parlaq, lakin qeyri-sabit idi, birdən yanıb-sönməyə meyllidir.

“Tədqiqatçılar müəyyən etdilər ki, kvant nöqtələrinin diqqətlə hazırlanmış mərmilərlə əhatə olunması zərərli səth effektlərini yatırır və onların emissiyasını artırır”, – Zvi deyib. “Və bu gün siz televizorunuzun bir hissəsi kimi əvvəllər qeyri-sabit kvant nöqtəsindən istifadə edə bilərsiniz.”

UChicago PME və Kimya Departamentinin kvant nöqtəsi üzrə mütəxəssisi, professor Dmitri Talapin, məqalənin həmmüəllifi ilə işləyən Zvi, hər iki problemin – kvant nöqtələrinin flüoresansı və nanoalmaz zəifləmiş siqnalın – səthin vəziyyətindən qaynaqlandığı üçün oxşar yanaşmanın işləyə biləcəyini əsaslandırdı.

Ancaq sensor canlı bir bədənə daxil olmaq üçün nəzərdə tutulduğundan, hər qabıq işləməyəcəkdir. İmmun mühəndislik üzrə mütəxəssis Esser-Kahn həm kvant xassələrini gücləndirəcək, həm də immunitet sistemini nəyinsə yanlış olduğu barədə xəbərdar etməyən silikon-oksigen (siloksan) qabığının yaradılmasına kömək etdi.

Esser-Kahn, “Bu materialların əksəriyyətinin səth xüsusiyyətləri yapışqan və nizamsızdır ki, immun hüceyrələri onun orada olmamalı olduğunu söyləyə bilər. Onlar immun hüceyrə üçün yad cisim kimi görünürlər”. “Siloksanla örtülmüş əşyalar böyük, hamar bir su damlasına bənzəyir. Beləliklə, bədən belə bir hissəciyi udmaqdan və çeynəməkdən daha çox xoşbəxtdir.”

Səth mühəndisliyi vasitəsilə almaz nanokristallarının kvant xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün əvvəlki səylər məhdud müvəffəqiyyət göstərdi. Nəticədə komanda yalnız təvazökar qələbələr gözləyirdi. Bunun əvəzinə onlar fırlanma koherensliyində dördqat irəliləyiş gördülər .

Bu artım, həmçinin flüoresansın 1,8 qat artması və şarj sabitliyinə ayrı-ayrı əhəmiyyətli artımlar – həm çaşdırıcı, həm də valehedici bir tapmaca idi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Daha yaxşı və daha yaxşı

“Gecələr yatmağa çalışardım, amma “Orada nə baş verir? Fırlanma ahəngdarlığı getdikcə yaxşılaşır, amma niyə?” Ayova Universitetindən Yrd. Prof. Denis Kandido, yeni məqalənin ikinci müəllifi. “Mən düşünürəm ki, bu təcrübəni etsək necə olar? Bu hesablasaq nə olar?” Bu, çox, çox həyəcanlı idi və sonda biz ardıcıllığın yaxşılaşdırılmasının əsas səbəbini tapdıq”.

Fənlərarası komanda – biomühəndis-kvant alimi Zvi, immun-mühəndis Esser-Kahn və kvant mühəndisləri Maurer və Talapin – tədqiqat üçün bəzi nəzəri çərçivələri təmin etmək üçün Kandido və Ayova Fizika və Astronomiya Universitetinin professoru Michael Flatte-ni gətirdilər.

Flatte, “Bu barədə həqiqətən maraqlı tapdığım şey yarımkeçirici elektron texnologiyası üçün kritik olan bəzi köhnə fikirlərin bu yeni kvant sistemləri üçün həqiqətən vacib olduğu ortaya çıxdı” dedi.

Onlar tapdılar ki, silisium qabığının əlavə edilməsi təkcə almaz səthini qorumur. Bu, içəridəki kvant davranışını əsaslı şəkildə dəyişdirdi. Material interfeysi almazdan qabığa elektron transferini idarə edirdi. Normalda kvant koherensliyini azaldan atom və molekullardan elektronların tükənməsi canlı hüceyrələrdən gələn siqnalları oxumaq üçün daha həssas və sabit bir üsul yaratdı.

Bu, komandaya ahəngdarlığı pozan və kvant cihazlarını daha az təsirli edən xüsusi səth sahələrini müəyyən etməyə imkan verdi – kvant algılama sahəsində uzun müddətdir davam edən sirri həll etdi və həm mühəndislik innovasiyası, həm də fundamental tədqiqatlar üçün yeni qapılar açdı.

“Son təsir sadəcə daha yaxşı sensor deyil, həm də kvant nanomateriallarında mühəndislik uyğunluğu və yük sabitliyi üçün yeni, kəmiyyət çərçivəsidir” dedi Zvi.

Daha çox məlumat: Uri Zvi və digərləri, Əsas qabıqlı almaz nanokristallarında mühəndislik spin koherensiyası, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422542122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Çikaqo Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir