量子光提高了生物测量的灵敏度

在一项新研究中，研究人员表明，量子光可用于实时跟踪酶反应。这项工作将量子物理学和生物学结合在一起，是朝着生物医学应用量子传感器发展的重要一步。

被称为酶的复杂分子负责我们体内的许多过程。但是，使用光学方法很难研究它们，因为过多的光会降低其活性，甚至完全停止其活性。

在光学学会(OSA)的《光学快报》上，一个多学科的研究小组表明，将光控制在单光子或量子水平可以实现准确的测量而不会破坏酶的活性。

“尽管可能需要几年的时间才能实现实用的量子传感器，但是这种原理验证实验还是很重要的，”意大利大学研究中心的研究小组负责人Ilaria Gianani说。“它有助于查明我们可以开始与其他领域建立共享知识的领域，并揭示需要技术进步才能取得进步的领域。”

单光子控制

在研究生物分子时，重要的是避免使用可能会改变其特性或行为的光水平。实现这一点可能是具有挑战性的，因为低水平的光线可能无法提供太多信息，并且噪声可以轻松克服微弱的信号。如今，已经对酶进行了研究，测量方法是对从主要样品中收集的化验进行测量，以避免光损伤样品。该过程不仅花费时间，而且还阻止了实时直接观察酶。

研究人员通过开发一种装置解决了这个问题，该装置可以使他们在单个光子的水平​​上极其精确地控制光。这使得可以在不破坏酶的情况下使用低照度，并有可能获得更高的灵敏度。直接处理样品的能力还允许以更高的分辨率进行动态跟踪。

“我们成功的关键是知道如何处理光子的量子物理学家与知道如何处理生物系统的生物学家之间的合作。” 加尼亚尼说。“尽管起初很难交流思想，但团队最终得以发展壮大，并发展出一种共同的语言来帮助工作顺利进行。如果没有该团队首席研究员M. Barbieri教授的监督，这种合作是不可能的。量子光学集团。”

跟踪酶活性

研究人员使用他们的新技术来追踪由于一种称为转化酶的酶的活性而导致的蔗糖溶液手性的变化。跟踪手性(给定分子旋转光偏振的能力)可提供信息，该信息可用于确定酶已处理了多少蔗糖分子。实验表明，量子光可用于实时探测酶活性，而不会干扰样品。

贾尼尼说：“这项工作只是量子传感器可以做的一个例子。” “量子传感器可用于无数种应用的最佳光，包括生物成像，磁场传感甚至重力波检测。”

研究人员说，在他们的方法成为跟踪酶促反应的首选方法之前，需要解决一些技术问题。例如，光损失是一个很强的限制因素，但他们希望他们的工作将有助于刺激可以解决该问题的技术发展。