Nano Lett. | 中国科学技术大学：金刚石磁传感器监测界面处的生物分子相互作用动力学

生物分子在界面处的相互作用介导了众多重要生理过程，但受限于传统检测技术的灵敏度和背景干扰，其单分子级别的动力学特性研究不足。中国科学技术大学研究团队利用金刚石中的氮-空位色心（NV色心）量子传感器，开发了动态单颗粒磁成像技术（dSiPMI），实现了对磁纳米颗粒与金刚石界面间DNA单分子相互作用的实时、可视化监测。研究首先在干燥条件下验证了该技术对生物素-链霉亲和素相互作用的秒级分辨率磁成像，随后在生理溶液中监测DNA寡核苷酸杂交过程，成功提取出单DNA及多DNA相互作用的动力学参数，发现界面分子与自由分子的动力学特性存在显著差异，多DNA组结合亲和力更强。此外，通过连续观测不同Na+浓度下的DNA杂交，揭示结合亲和力随离子浓度增加而增强。该研究建立的dSiPMI技术具有单分子灵敏度、高稳定性和可定量优势，为生物大分子功能研究、疾病机理阐释和药物开发提供了新工具，并扩展了量子传感技术在生物医学中的应用。