挑战极致“细微”，新方法有望能对单个电子进行成像

实验装置：一个 30 微米厚的金刚石膜，每个柱子的顶部平均有一个传感器，放大 2,640 倍（顶部）和 32,650 倍（底部）

想象一下要对膝盖进行核磁共振扫描。该扫描以大约一立方毫米的分辨率测量膝盖中存在的水分子密度——这对于确定膝盖半月板是否撕裂等情况非常有用。但是，如果您需要研究 5 立方纳米的单个分子的结构数据，或者比当前 MRI 扫描仪能够产生的最佳分辨率小约 10 万亿分之一，该怎么办？

这是魏茨曼科学研究所化学与生物物理系的 Amit Finkler 博士的目标。在最近的一项研究中，Finkler 博士 德国斯图加特大学的学生 Dan Yudilevich 和他们的合作者已经成功地朝这个方向迈出了一大步，展示了一种对单个电子进行成像的新方法。该方法目前处于初始阶段，有朝一日可能适用于对各种分子进行成像，这可能会彻底改变药物的开发和量子材料的表征。

几十年来，当前的磁共振成像 (MRI) 技术一直在诊断大量疾病方面发挥着重要作用，但尽管该技术对无数人的生命具有开创性意义，但仍有一些潜在问题有待解决。例如，MRI 读出效率非常低，需要数千亿水分子（如果不是更多的话）的样本量才能发挥作用。这种低效率的副作用是输出然后被平均。对于大多数诊断程序，平均是最佳的，但是当你对这么多不同的组件进行平均时，一些细节会丢失——可能隐藏了在较小规模上发生的重要过程。

这是否是一个问题取决于您提出的问题：例如，可以从拥挤的足球场中人群的照片中检测到很多信息，但照片可能不是最好的工具如果我们想更多地了解坐在第十四排第三个座位的人脸颊上的痣，请使用。如果我们想收集更多关于痣的数据，靠近点可能是可行的方法。

芬克勒和他的合作者基本上是在建议分子特写镜头。使用这样的工具可以使研究人员能够仔细检查重要分子的结构，并可能引领新发现的道路。此外，在某些情况下，小“画布”对于工作本身来说是必不可少的——例如在药物开发的初步阶段。

那么，如何才能实现更精确的 MRI 等价物，使其适用于小样本——精确到单个分子？Finkler、Yudilevich 和斯图加特的 DRS。Rainer Stöhr 和 Andrej Denisenko 开发了一种可以精确定位电子位置的方法。它基于氮空位中心附近的旋转磁场——一种用作量子传感器的特殊合成金刚石中的原子级缺陷。由于其原子大小，该传感器对附近的变化特别敏感；由于其量子性质，它可以区分是否存在单个电子或多个电子，使其特别适合以令人难以置信的精度测量单个电子的位置。

这种新方法，可以用来为现有方法提供补充观点，以努力更好地理解结构、功能和动力学的神圣分子三位一体。

这项研究是通往精确纳米成像之路的关键一步，将来能够使用这种技术对不同类别的分子进行成像。