論文の概要: Nitrogen Vacancy Centers in Diamond for Quantum Biosensing: Magnetometry Techniques, Platforms and Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04733v1
- Date: Fri, 04 Sep 2026 05:00:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-07 18:15:23.916054
- Title: Nitrogen Vacancy Centers in Diamond for Quantum Biosensing: Magnetometry Techniques, Platforms and Applications
- Title（参考訳）: 量子バイオセンシングのためのダイヤモンド中の窒素空孔中心:磁気計測技術、プラットフォームおよび応用
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を用いた量子センシングは、環境条件下で超低磁場を検出する強力なプラットフォームとして登場した。
バイオセンシング応用のためのNV系量子磁気学の基礎原理と最近の進歩を概説する。
- 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 using nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond has emerged as a powerful platform for detecting ultra-low magnetic fields under ambient conditions. Owing to their long spin coherence times, optical addressability, and compatibility with aqueous environments, it has found widespread applications in biosensing and bio-imaging. This review presents the fundamental principles and recent advances in NV-based quantum magnetometry for biosensing applications, with a particular focus on measurements in aqueous medium and at cellular and molecular length scales. We discuss the underlying spin physics of NV centers and highlight two primary detection modalities: optically detected magnetic resonance (ODMR) and T1 relaxometry-based sensing and how these approaches aids in the detection of both static magnetic fields and dynamic magnetic noise arising from biological processes. The review explores key application areas, including nanoscale nuclear magnetic resonance (NMR), monitoring of neural activity, detection of abnormal or rogue cells using NV-based platforms etc. In addition, strategies for enhancing sensitivity, such as surface functionalization of nanodiamonds, femtosecond (fs) laser-written photonic structures, and integration with microfluidic and lab-on-chip systems have also been discussed in depth. We also address the critical challenges, including surface-induced decoherence, charge-state instability, and signal-to-noise limitations in biofluids associated with NV-based biosensing applications. Finally, we outline future prospects, highlighting how NV-based magnetic biosensing provides a promising pathway for translating quantum sensing technologies into practical biomedical applications.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を用いた量子センシングは、環境条件下で超低磁場を検出する強力なプラットフォームとして登場した。
長いスピンコヒーレンス時間、光学的アドレナビリティ、水環境との互換性のため、バイオセンシングやバイオイメージングに広く応用されている。
本総説では, バイオセンシング用NV系量子磁気学の基礎原理と最近の進歩を概説する。
我々は、NV中心のスピン物理学の基礎を論じ、光学的検出磁気共鳴(ODMR)とT1緩和計測に基づくセンシングと、これらのアプローチが生物学的プロセスから生じる静磁場と動的ノイズの両方を検出するのにどのように役立つかの2つの主要な検出モードを強調した。
このレビューでは、ナノスケール核磁気共鳴(NMR)、神経活動のモニタリング、NVベースのプラットフォームを用いた異常またはローグ細胞の検出など、主要な応用分野について検討している。
また, ナノダイヤモンドの表面官能化, フェムト秒(fs)レーザーによるフォトニック構造, マイクロ流体・ラボオンチップシステムとの統合などの感度向上戦略についても深く議論されている。
また,NVバイオセンシングの応用にともなう生体流体における表面脱コヒーレンス,電荷状態不安定性,信号-雑音制限などの重要な課題にも対処する。
最後に、NVベースの磁気バイオセンシングが、量子センシング技術を実用的なバイオメディカルな応用に変換するための有望な経路を提供する方法について、今後の展望を概説する。
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