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ナノダイヤモンド量子磁気センシングによる亜細胞活動電位検出に向けて

Azmath Fathima1,2, Peker Milas1,3, Sheikh Mahtab1

  • 1Department of Physics and Engineering Physics, Morgan State University, Baltimore, MD 21251, USA.

Nanomaterials (Basel, Switzerland)
|December 24, 2025
PubMed
まとめ

窒素空孔（NV）ナノダイヤモンドは、マウス脳細胞において漂白しない蛍光マーカーとして機能する。これらのナノダイヤモンドは、亜細胞活動電位記録の可能性を示しており、量子センシング技術の進歩に貢献する。

キーワード:
NVダイヤモンドODMR活動電位量子センシング

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科学分野:

  • 量子センシング; ナノテクノロジー; 神経科学

背景:

  • ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）欠陥は、様々な物理量を測定するための強力な量子センサーである。; バルクダイヤモンド中のNV欠陥は、生物系における活動電位検出を可能にしてきた。; NV欠陥を持つナノダイヤモンド（ND）は漂白しない蛍光マーカーであるが、亜細胞活動電位記録は未達成である。

研究 の 目的:

  • マウス脳細胞における亜細胞イメージングおよびセンシングのためのナノダイヤモンド（ND）の使用の実現可能性を調査すること。; 亜細胞レベルでの活動電位記録のためのNDの可能性を評価すること。

主な方法:

  • 共焦点イメージングを用いて、様々なサイズ（10-140 nm）のNDの細胞内への取り込みを追跡した。; フォトルミネッセンス（PL）の安定性を5時間のイメージングセッションで評価した。; 光検出磁気共鳴（ODMR）を用いて、細胞溶液中のNDを用いた磁場検出を行った。

主要な成果:

  • 10 nmおよび60 nmのNDは、表面修飾なしで30分以内にマウス脳細胞に拡散した。; NDは、長時間のイメージング期間にわたって安定した、漂白しないフォトルミネッセンスを示した。; ODMRは、細胞環境中のNDを用いてミリテスラレベルの磁場を検出し、成功した。

結論:

  • NDは、マウス脳細胞に対する効果的で光安定性のある蛍光マーカーである。; NDは、亜細胞活動電位記録の将来的な応用における可能性を示している。; 本研究は、神経科学研究における量子センシングツールの使用を進歩させるものである。