論文の概要: Quantum biosensing on a multiplexed functionalized diamond microarray
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.13193v1
- Date: Fri, 15 Aug 2025 18:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-20 15:36:31.645133
- Title: Quantum biosensing on a multiplexed functionalized diamond microarray
- Title（参考訳）: 多重機能ダイヤモンドマイクロアレイの量子バイオセンシング
- Authors: Ignacio Chi-Durán, Evan J. Villafranca, David Dang, Rachelle Rosiles, Chun Tung Cheung, Zhiran Zhang, Jason P. Cleveland, Peter C. Maurer,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心による量子センシングは、生物学的研究と医学診断に革命をもたらすことを約束する。
我々は、この障壁を克服するスケーラブルな量子バイオセンシングプラットフォームを導入し、最初の多重化DNAマイクロアレイをナノメーター反汚泥ダイヤモンド表面に直接統合する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensing with nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond promises to revolutionize biological research and medical diagnostics. Thanks to their high sensitivity, NV sensors could, in principle, detect specific binding events with metabolites and proteins in a massively parallel and label-free way, avoiding the complexity of mass spectrometry. Realizing this vision has been hindered by the lack of quantum sensor arrays that unite high-density spatial multiplexing with uncompromising biochemical specificity. Here, we introduce a scalable quantum biosensing platform that overcomes these barriers by integrating the first multiplexed DNA microarray directly onto a subnanometer antifouling diamond surface. The 7x7 DNA array, patterned onto a diamond chip, enables simultaneous detection of 49 distinct biomolecular features with high spatial resolution and reproducibility, as verified by fluorescence microscopy. Molecular recognition is converted into a quantum signal via a target-induced displacement mechanism in which hybridization removes a Gd$^{3+}$-tagged DNA strand, restoring NV center spin relaxation times (T$_1$) and producing a binary quantum readout. This platform establishes a new paradigm for high-throughput, multiplexed quantum biosensing and opens the door to advanced molecular diagnostics and large-scale quantum sensor networks operable in complex biological environments.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心による量子センシングは、生物学的研究と医学診断に革命をもたらすことを約束する。
感度が高いため、NVセンサーは原理的には、代謝物やタンパク質との結合イベントを、非常に並列でラベルのない方法で検出し、質量分析の複雑さを避けることができる。
このビジョンは、高密度空間多重化と非競合的な生化学的特異性とを結合する量子センサーアレイの欠如によって妨げられている。
ここでは、この障壁を克服するスケーラブルな量子バイオセンシングプラットフォームを導入し、第1の多重化DNAマイクロアレイを、ダイヤモンド表面のサブナノメータに直接統合する。
ダイヤモンドチップにパターン化された7x7のDNA配列は、蛍光顕微鏡で検証されるように、高い空間分解能と再現性を持つ49の異なる生体分子の特徴を同時に検出することができる。
分子認識は、Gd$^{3+}$-タグ付きDNA鎖を除去し、NV中心スピン緩和時間(T$_1$)を回復し、二項量子読み出しを生成する、標的誘起変位機構を介して量子信号に変換される。
このプラットフォームは、高スループットで多重化された量子バイオセンシングのための新しいパラダイムを確立し、複雑な生物学的環境で動作可能な高度な分子診断と大規模量子センサーネットワークへの扉を開く。
関連論文リスト
- Creation of Negatively Charged GeV and SnV centers in Nanodiamonds via Ion Implantation [39.93659648269682]
固体量子エミッタ、特にダイヤモンド中のグループIV空孔中心は、量子技術の研究の最前線にある。
イオン注入によるゲルマニウム・スズ空洞センターの創製について述べる。
我々はSnV$-$中心の共鳴励起と強コヒーレント駆動により高純度単一光子放出を実現する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-03-25T09:25:51Z) - Long-lived entanglement of molecules in magic-wavelength optical tweezers [41.94295877935867]
電子レンジ駆動型エンタングリングゲートの2分子間の最初の実現について述べる。
この魔法の波長トラップは、0.5秒以上の測定可能な減衰を伴わず、絡み合いを保っていることを示す。
複雑な分子系への精密な量子制御の拡張により、量子科学の多くの領域にまたがる追加の自由度が利用できるようになる。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-08-27T09:28:56Z) - All-Optical Nuclear Quantum Sensing using Nitrogen-Vacancy Centers in
Diamond [52.77024349608834]
マイクロ波または高周波駆動は、量子センサーの小型化、エネルギー効率、非侵襲性を著しく制限する。
我々は、コヒーレント量子センシングに対する純粋に光学的アプローチを示すことによって、この制限を克服する。
この結果から, 磁気学やジャイロスコープの応用において, 量子センサの小型化が期待できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-14T08:34:11Z) - Sensing of magnetic field effects in radical-pair reactions using a
quantum sensor [50.591267188664666]
特定の化学反応における磁場効果(MFE)は、過去50年間によく確立されてきた。
我々は、局所的なスピン環境とセンサーとの結合を考慮して、ラジカル対の精巧で現実的なモデルを採用する。
2つのモデル系に対して、ラジカル対とNV量子センサの弱い結合状態においても検出可能なMFEの信号を導出する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-28T12:56:15Z) - Microfluidic quantum sensing platform for lab-on-a-chip applications [0.0]
ダイヤモンド中の窒素空孔中心のような固体スピン量子センサのための完全に統合されたマイクロ流体プラットフォームを提案する。
我々の研究は、電気化学、高スループット反応スクリーニング、バイオアナリシス、オルガン・オン・ア・チップ、単細胞研究など、LOCデバイスでの新しい化学分析機能への扉を開く。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-04T16:01:56Z) - Tailoring the degree of entanglement of two coherently coupled quantum
emitters [0.0]
制御された分子の絡み合いは、コヒーレント結合によって支配されるより複雑な物理的または生物学的機構を解読するためのテストベンチとして機能する。
低温マトリクスに閉じ込められた有機分子の対を同定するためにハイパースペクトルイメージングを実装した。
また,レーザー場を振幅と位相に調整した長寿命サブラジアント非局在状態の遠方場選択的励起を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-09-22T08:30:59Z) - Hybrid quantum-classical machine learning for generative chemistry and
drug design [0.0]
そこで我々は,Boltzmann Machine (RBM) を用いた小型離散分散変分オートエンコーダを構築した。
医薬化学および合成アクセシビリティ特性を有する新規な2331の化学構造を創出する。
結果は、既に存在するか、あるいはすぐに利用可能となる量子コンピューティングデバイスを、将来の薬物発見アプリケーションのためのテストベッドとして使用できる可能性を示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-26T08:23:32Z) - Biocompatible surface functionalization architecture for a diamond
quantum sensor [0.0]
ダイヤモンドベースの量子センシングは、新しい種類の生体物理学センサーと診断装置を可能にした。
新しいアプローチでは、量子工学と単一分子の生体物理学を組み合わせて、個々のタンパク質やDNA分子を固定する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-10T18:01:35Z) - Near-Field Terahertz Nanoscopy of Coplanar Microwave Resonators [61.035185179008224]
超伝導量子回路は、主要な量子コンピューティングプラットフォームの一つである。
超伝導量子コンピューティングを実用上重要な点に進めるためには、デコヒーレンスに繋がる物質不完全性を特定し、対処することが重要である。
ここでは、テラヘルツ走査近接場光学顕微鏡を用いて、シリコン上の湿式エッチングアルミニウム共振器の局所誘電特性とキャリア濃度を調査する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-06-24T11:06:34Z) - Hybrid quantum photonics based on artificial atoms placed inside one
hole of a photonic crystal cavity [47.187609203210705]
一次元で自由なSi$_3$N$_4$ベースのフォトニック結晶キャビティ内にSiV$-$含ナノダイアモンドを含むハイブリッド量子フォトニクスを示す。
結果として生じる光子フラックスは、自由空間に比べて14倍以上増加する。
結果は、ナノダイアモンドのSiV$-$-中心を持つハイブリッド量子フォトニクスに基づいて量子ネットワークノードを実現するための重要なステップである。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-12-21T17:22:25Z) - Optically addressable molecular spins for quantum information processing [0.0]
分子システムでは、基底状態スピンに光学的に対処することで、量子情報科学の幅広い応用が可能になる。
ここでは, 合成有機金属, クロム(IV)分子の配向性を示す。
これらの化合物は、拡張性があり、光を使って読み出し、マイクロ波でコヒーレントに操作できる基底状態のスピンを表示する。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-16T23:49:44Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。