乍看之下，生物學與量子技（jì）術似乎互不相容。生命（mìng）係（xì）統在溫暖、嘈雜且充（chōng）滿持續運動的環境（jìng）中運作，而量子技術往往需要極端隔絕的環（huán）境與接近絕對零度的溫度（dù）才能正常工作。但量子力學是（shì）萬物的基礎，生物分子也不例外。近日，芝加哥大學普利茲克分子工程學院（yuàn）的研究人員取得開創性突破——將活體細胞中的一（yī）種蛋白質轉（zhuǎn）化為可工（gōng）作的量子比特（tè），這一量子技（jì）術核心組件，能（néng）作為量子傳感器（qì）檢測微小變化，為解析生物過程提（tí）供全（quán）新視角（jiǎo），而在相（xiàng）關研（yán）究的生物樣本保存環節，大容量生物液（yè）氮罐（guàn）發揮（huī）著不可替代的支（zhī）撐作用。
該項（xiàng）目聯合首席研究員、芝加哥大學普利茲克（kè）分（fèn）子工程（chéng）學院盧氏家（jiā）族教（jiāo）授、芝加哥量子交易所主任大衛・奧沙洛姆表示：“我們沒有改造傳統量（liàng）子傳感器以（yǐ）適配生物係統，而是探（tàn）索用生物（wù）係統本身開發量子比特。借助自然力量打（dǎ）造高效（xiào）量子傳感器家族，這是新研究方向。”這項跨學科成果已發表於《自然》雜誌（zhì）。
與人工（gōng）納米材料不同，蛋白質量子比（bǐ）特可由細（xì）胞直接生成，實現原子級精度定位，檢測信號強（qiáng）度比現有量子傳感（gǎn）器高數（shù）千倍（bèi）。未來，它有望推動量子納米級磁共振成像技術（shù）變革，揭示細胞機製的原子結構（gòu），改變生物研究模式。而研究中采集的珍貴生物樣本，需依（yī）托大容量生物液氮罐維持-196℃超低溫環（huán）境，確保樣本活性與分子特性穩定（dìng），為後續實驗提供可靠素材。搭配凍存架使用，還（hái）能讓樣本分類更清晰，提升存儲管理效率。
該項目聯合首席研（yán）究員彼得・毛雷爾指出：“我們的發現不僅為活體內量子傳感提供新方法，還開創了量子材料設計新思路。如今可利用自然（rán）進化與自組裝機製，攻克當前自旋基（jī）量子技術（shù）的部分難題。”過去（qù）二十年，基因編碼熒光蛋白已是細胞生物學關鍵工（gōng）具，將其（qí）轉化為量子傳感器後，能讓研究人員（yuán）在更深層次探索生物（wù）係統。盡（jìn）管目前僅用一種熒光蛋白（bái），但研究顯示該（gāi）技術（shù）可廣泛應用於各類蛋白質（zhì）與生物係（xì）統，未來潛（qián）力巨大。
論文共同第一作者本傑（jié）明・索洛威稱：“這是令人興奮的轉變（biàn）。以往靠熒光（guāng）顯微鏡觀（guān）察生物（wù）過程（chéng），需推（tuī）斷納米尺度變化，現在首次能直接測（cè）量活體內量子特性。”在樣本（běn）轉運環節，液（yè）氮罐運輸車憑借（jiè）穩定的低溫保持能力與減震設計，可確保樣本在跨實驗室運（yùn）輸中不（bú）受溫度波動影響，保障研究數據準確性。
奧沙洛姆與毛雷（léi）爾強調，學生的堅韌對項（xiàng）目成功至（zhì）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，結果充滿不確定性，本項目也不例外。”奧沙洛姆補充：“學生（shēng）們敢於冒險，即（jí）便（biàn）長期結果不佳仍堅持推（tuī）進，他們的（de）毅力（lì）是研（yán）究成功的關鍵。”
目前，蛋（dàn）白（bái）質量子（zǐ）比特靈敏度尚未超越鑽石缺陷製成的量子傳感器，但（dàn）因其可基因編碼融入活體，潛力更（gèng）具顛覆性——未來或能在量子層（céng）麵觀察蛋（dàn）白質折疊、酶活性乃至疾病早期跡象。而（ér）在這些長期研究中，大容量生物（wù）液氮罐（guàn）將持續為各（gè）類生物樣（yàng）本提供（gòng）穩定超低溫存儲服務，成為保（bǎo）障研究連續（xù）性與樣本安全性（xìng）的核心（xīn）設備。
毛雷爾指出，芝加哥大學（xué）的跨學科協作環（huán）境是項目成功的關鍵：“這類融合（hé）量（liàng）子工程與分子（zǐ）生物學的研（yán）究，需（xū）要跨領域合作，而芝加哥（gē）大學恰好提供了這樣的平台。”正如索洛（luò）威所說：“我們正進入量子物理與生（shēng）物學邊（biān）界消（xiāo）融的時代，真（zhēn）正的變革性科學突破將在此誕生。”
來源（yuán）：uchicago.edu
