乍看之下，生物學與量子技術（shù）似乎互不相容。生（shēng）命係統在溫（wēn）暖（nuǎn）、嘈雜且充滿持續運動的環境中運作，而量子技（jì）術往（wǎng）往需（xū）要極端隔（gé）絕的環境與接近（jìn）絕對零度的溫度才能正常工作。但量子力學是萬物的基礎，生物分（fèn）子也不例外。近（jìn）日，芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究人員取得開創性突破——將活體細胞中的一種蛋白質轉化（huà）為可工作的量子比特，這一（yī）量子技術核（hé）心組件，能作為量子傳感器檢（jiǎn）測微小變化，為解（jiě）析生物過程提供全新視（shì）角，而在（zài）相（xiàng）關研究的生物樣本保存環節，大容量生物液氮罐發揮著不（bú）可替（tì）代的支撐作用。
該項目聯合首席研究員、芝加哥（gē）大學普利茲克（kè）分子工程學院盧氏家族教授、芝加哥量子交易所主任大衛・奧（ào）沙（shā）洛姆表示：“我們沒有改（gǎi）造傳統量（liàng）子傳感器以（yǐ）適配生物係統，而是探索用生物係統本身開發量子比特。借助自然力量打造高效量子傳感器家族，這是新（xīn）研究方（fāng）向。”這項跨學科成果已發表於《自然》雜誌。
與人（rén）工納米材料不同，蛋白質量子比特可由細胞直接生成，實現（xiàn）原子級精度定（dìng）位，檢測信號強度比現有（yǒu）量子傳感器高數千倍。未來，它（tā）有望推動量（liàng）子納米級磁共（gòng）振成像技術變革，揭示細（xì）胞機（jī）製的原子結構，改變生物研究模式。而研究中采（cǎi）集的珍貴生物樣本，需依托大容量生物（wù）液氮罐維持-196℃超低溫（wēn）環境（jìng），確保樣本（běn）活性與分子特性穩定，為（wéi）後續實驗提供可靠素材。搭配凍存架使用（yòng），還能讓樣本分類更清（qīng）晰，提升存儲管理效率。
該項目聯合首席研究員彼得（dé）・毛雷爾指出：“我們（men）的發現不僅為活體內量子傳（chuán）感提（tí）供新方法，還（hái）開創了量子材（cái）料設計新思（sī）路。如今可利用（yòng）自（zì）然進化與自組裝（zhuāng）機製，攻克（kè）當前自旋基量子技術（shù）的部分難題。”過（guò）去二十年，基因編（biān）碼熒光蛋白（bái）已是細胞生物學（xué）關鍵工具，將其轉化為量子傳感器後，能讓研究人（rén）員在更深層次探索生物係統。盡管目前僅用一種熒光蛋白，但研（yán）究顯示該技術可廣泛應用於（yú）各類蛋白質與生物（wù）係統，未來（lái）潛力巨大。
論文（wén）共同第一（yī）作者本傑明・索洛（luò）威（wēi）稱：“這是令人興奮的轉變。以往靠熒光顯微鏡觀察生物過程，需推斷納米尺度變化（huà），現在首次能直（zhí）接（jiē）測量活體內量子特性。”在（zài）樣本轉運環節，液氮罐運輸車憑借穩定的低溫保持能力與減震設計，可確保（bǎo）樣本在跨實驗室運輸中不受溫度波動影響（xiǎng），保障研究（jiū）數據準確性。
奧沙洛姆與（yǔ）毛雷（léi）爾強（qiáng）調，學生的堅韌對項目成功（gōng）至關重要。論文共同第一作者雅各布・費德（今年4月獲博士學位）表示：“科研項目常需數年，結果充滿不（bú）確定性（xìng），本項目也不（bú）例外。”奧沙洛姆補充：“學生們敢於（yú）冒險，即便（biàn）長期結（jié）果不佳仍堅持推進，他們的毅力是研究成功的關鍵。”
目前，蛋白質量子比特靈敏度尚未超越鑽石缺陷製（zhì）成的（de）量子傳感器，但因其可基因編（biān）碼融入活（huó）體，潛力更具顛覆（fù）性——未來或能在量子層麵觀察蛋白質折疊、酶活（huó）性乃至疾病早期跡象。而在這些長期研究中，大容量生物液氮罐將持續為各類生物樣本提供穩定超低溫存儲服務（wù），成為（wéi）保障（zhàng）研究連續性與樣本安全性的核心設備。
毛雷爾指（zhǐ）出，芝（zhī）加哥大學的跨學科協作環境（jìng）是項目成功的關鍵：“這類融合量子工程與分子生物（wù）學（xué）的研究，需要跨領域合作，而芝加哥（gē）大學恰好提供（gòng）了這樣的平（píng）台。”正如索洛威所說（shuō）：“我們正（zhèng）進入量（liàng）子物理與生物學邊界消融的時代，真（zhēn）正的變革性科（kē）學突破將在此誕生。”
來源：uchicago.edu
