香港大學（港大）電機電子工程系褚智勤教授與四川大學魏強教授合作，研發利用金剛石的量子傳感顯微鏡新技術，實現納米尺度下對皮牛頓至幾納牛頓的細胞力的無螢光標記精準成像，為力學生物學的研究發展，取得重大突破。
團隊研發的「量子增強金剛石分子張力顯微鏡」（Quantum-Enhanced Diamond Molecular Tension Microscopy（QDMTM））新技術，克服了傳統細胞力測量設備在光漂白、有限靈敏度和資訊解析模糊等多方面的局限，為細胞黏附力對癌細胞擴散的影響等細胞力學領域研究，開闢了新的視角。此外，QDMTM 感測器清洗後可重複使用，對不同樣本細胞黏附力比較的絕對準確性得以提高。
QDMTM從根本上改變了細胞間相互作用或細胞 - 材料相互作用等重要領域的研究方式，對生物物理學和生物醫學工程有重要意義。研究論文已經在學術期刊《科學進展》（Science Advances）發表，題為「Quantum-Enhanced Diamond Molecular Tension Microscopy for Quantifying Cellular Forces」。
研究背景
持續與微環境相互作用和資訊交流，對於細胞的生存和執行生物功能至關重要，而透過精確量化細胞的黏附力，可理解當中細胞力調控的複雜性。過去幾十年，研究人員成功開發了各種方法來測量細胞黏附力，其中已被廣泛應用的有牽引力顯微鏡（TFM）、光鑷/磁鑷和基於分子張力的螢光顯微鏡（MTFM）等領先技術。然而，這些技術在靈敏度和資訊解析方面存在重大局限，螢光顯微鏡更有螢光染料光漂白的問題。於是，開發一種無需以螢光標記方式、能夠準確測量細胞黏附力的新技術，對於力學生物學的研究發展非常重要。
研究方法和發現
團隊利用可借細胞力拉伸的聚合物（作爲一種力感測器），結合金剛石中NV色心的縱向弛豫時間，實現「量子增強金剛石分子張力顯微鏡」（QDMTM）。NV色心電子自旋的量子特性，確保了 QDMTM 前所未有的靈敏度和精確性。
QDMTM創新技術的獨特之處，在於利用能夠將機械信號轉換為磁信號的力響應聚合物作爲「力感測器」。通過測量磁雜訊引起的NV自旋弛豫時間的變化，計算出細胞對「力感測器」施加的黏附力，從而有效地測量納米尺度下的隨機磁信號，這是現有的測量技術所無法實現的。
QDMTM新方法，為研究細胞黏附力提供了一種有效的途徑以分辨不同黏附狀態的細胞，團隊利用新技術量度不同細胞區域的力大小，結果與已知的研究結果一致，證明QDMTM方法能夠準確測量細胞黏附力。團隊下一階段的研究，目標是使用納米金剛石顆粒替換當前方案中的塊狀金剛石作為量子感測器，從而實現對細胞力在任意方向上的測量。
文章連結：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5300
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