华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）研究团队近日报告称，已将基于纳米钻石的量子传感器植入活细胞内部，并实现对细胞内磁性与温度变化的测量。研究人员表示，这类测量有望为理解健康与疾病状态下的细胞代谢效率提供新的线索。相关研究预印本已发布于《bioRxiv》。

该研究共同第一作者、华盛顿大学圣路易斯分校文理学院物理学研究生Shakil Kashem表示，团队能够在活细胞内的纳米钻石传感器中准确测量量子层面的特性。另一位共同第一作者为刚获得该校免疫学博士学位的Stella Varnum。

研究聚焦线粒体这一细胞能量产生的关键细胞器。Kashem称，该方法有助于进一步理解线粒体在健康状态下的功能，以及与线粒体功能障碍相关疾病中的变化，相关疾病包括心力衰竭、2型糖尿病和代谢疾病。Kashem还于3月16日在丹佛举行的美国物理学会2026年年会上展示了这项研究。

论文共同通讯作者包括Kashem的导师、物理学助理教授Chong Zu，物理学助理教授Shankar Mukherji，以及华盛顿大学医学院病理学与免疫学副教授Jonathan Brestoff。其他贡献者包括物理学研究生Changyu Yao，以及华盛顿大学医学院细胞生物学与生理学系主任、Edward J. Mallinckrodt Jr.教授、量子飞跃中心联合主任David Piston。

研究团队介绍，为实现细胞内测量，他们利用了纳米钻石的量子特性：每颗钻石经氮离子轰击后，晶格中的碳原子被击出形成空位，这些空位捕获的电子对周围环境高度敏感，可响应温度变化与磁场波动。

在将纳米钻石引入活体小鼠细胞的过程中，团队采用了生物学手段。Mukherji表示，研究人员使用巨噬细胞这一免疫系统细胞作为“载体”，当在试管中将纳米钻石与巨噬细胞混合后，巨噬细胞会迅速吞噬纳米钻石，从而将传感器带入细胞内部。

随后，研究人员借助特殊显微镜追踪钻石内电子对新环境的响应。团队称，量子生物传感器检测到了由线粒体活动驱动的磁性与温度的细微变化。Mukherji表示，研究的一项关键点在于能够在同一样本中同时测量磁性与温度。

研究人员指出，线粒体内多种化学反应会影响温度与磁性。例如，线粒体制造并运输含铁化合物的过程会产生极其微小的磁波动。Kashem称，团队测量的是反映细胞内代谢活动的“磁噪声”。

研究团队同时提到，科学界长期尝试在细胞内测量此类信号，但不少技术可能干扰细胞功能。Brestoff表示，其实验室曾尝试使用近红外摄像机测量细胞内温度变化但未能成功。Zu则称，在一次与共同同事的交流中了解到该项目后，主动联系Brestoff并提出使用纳米钻石传感器，双方由此展开合作。

Kashem表示，这项工作不仅是概念验证，还揭示了线粒体代谢中此前未被充分认识的细微差别。他称，研究结果显示含铁分子的运动可能在代谢中扮演重要角色。团队希望进一步发展用于测量线粒体健康的新技术。

研究人员强调，相关进展依赖跨学科协作，包括物理学家构建并优化传感平台、工程师设计显微镜以及生物学家解读结果。Kashem表示，团队能够在华盛顿大学获得上述多领域的专业支持。