研究前沿|金刚石颗粒为研究细胞和材料的相互作用提供新思路

近日，港大研究出一项新成果：通过激发光的线偏振调制，实现对纳米金刚石旋转运动的监测。最近十年来，金刚石中的一种类原子缺陷——氮空位色心（NV center）备受关注。而在应用潜力上，团队希望通过进一步完善基于氮空位缺陷色心的新型线偏振调制方法，让其真正用于三维环境细胞矢量力检测、纳米马达运动检测、和高分辨生物成像等领域。

图1 新型线偏振调制方法示意图

该研究工作基于氮空位缺陷色心领域已知的偏振性质，为多维度细胞力测量提供了全新的解决思路。当氮空位缺陷色心分别处于有细胞力和无细胞力两个状态时，研究人员对纳米金刚石颗粒的位置和朝向进行比较，证明了如下规律：在细胞的粘附和移动中，力矩起着核心作用。

研究者使用线偏振调制方法，实现了金刚石纳米颗粒旋转和平移的高精度测量，为研究细胞和纳米材料的相互作用提供了全新思路。同时，该方法还能实现对背景荧光信号的抑制，从而提升纳米金刚石颗粒中、氮空位缺陷色心的定位精度。

图2 使用线偏振调制方法，实现了金刚石纳米颗粒旋转和平移的高精度测量示意图

之前，主流的细胞力测量方案，大多只能测量标记物平移信息，无法给出标记物旋转运动信息，这让人们在分析细胞与微环境力学作用时，缺少了一个维度的力学信息。而此次提出的基于氮空位缺陷色心的线偏振调制方法，为上述难题提供了初步解决方案。另外，该方法还能在复杂生理环境下，提高金刚石的信噪比，从而捕捉更高精度的标记物平移信息。

图3 基于氮空位缺陷色心的线偏振调制方法，捕捉更高精度的标记物平移信息示意图

 研究者使用这种含有单个氮空位缺陷的金刚石纳米颗粒替代传统的荧光小球，从而通过激光共聚焦荧光显微镜，实现了对样品平面内金刚石纳米颗粒的旋转运动追踪。利用此技术，该团队发现在细胞黏着斑邻近区域存在着微力矩，从而为细胞牵拉力的研究提供了新角度。

一方面，通过测量线偏振调制曲线，能提取出氮空位缺陷色心在样品平面内投影的朝向。另一方面，通过对线偏振调制过程中，氮空位缺陷色心荧光强度的最大值和最小值进行作差，课题组实现了去背景成像，从而对氮空位缺陷色心在样品平面内的位置，进行更精确的定位。

图4 氮空位缺陷色心荧光强度的去背景成像

而凯发k8国际作为一家专注于生产和研发金刚石的半导体公司，具备最先进的 MPCVD装置来制备大面积高品质金刚石膜，同时具备研磨抛光专用设备，使CVD金刚石生长面表面粗糙度 Ra < 1 nm。现有核心产品晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石基氮化镓外延片、金刚石基氮化铝薄膜等，其中金刚石热沉片的热导率高达1000-2000W/m.k。目前，采用金刚石热沉的大功率半导体激光器已经用于光通信，在RF功率放大器、激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。