顺磁性物质（顺磁性物质对t1t2的影响）

说到钻石，你会想到什么？昂贵的价格，超强的硬度，还是爱情的浪漫？你可能没想到钻石还有科研价值。不是，毕业于北京大学，现就读于加州大学伯克利分校的陆旭东博士，曾将钻石与医学联系起来。目前医学上常用磁共振和光学成像来检测人体内器官是否患病，以及生物细胞的变化等。，但它们都有各自的缺点。

陆旭东博士首次成功利用金刚石粒子实现自旋超极化，做出了更先进的成像方法。它结合了磁共振和光学成像，消除了它们各自的缺陷。该技术还可以进一步发展生物技术和医疗行业的各种测试和实验。比如，如果检测到一个原本检测不到的地方，结果会更准确等等。

看到这一堆专业术语，你肯定有点摸不着头脑。我们先来解释一下什么是钻石超极化。在矿物金刚石中，有一种特殊的发光点缺陷，科学上称为NV色心。它是一种顺磁性杂质，由一个取代氮原子和一个碳原子空位置组成。但其电子基态为自旋三重态，且电子自旋模式对外界磁场非常敏感，因此室温下NV色心在相干时间内的精度可达毫秒级，小于10nm。在这种情况下，NV色心与待测样品之间的距离也小于5nm，从而实现更精确和准确的检测。

由于NV色心具有这种极其精密的量子性质，卢旭东博士带领团队利用激光高效率地将其偏振到特定的自旋状态。他把金刚石中电子自旋的极化转移到碳13原子的自旋上，碳13原子的极化会从很低变成很高。在整个过程中，金刚石的碳原子被成功超极化，磁共振信号增加了数百到数千倍，更容易被观察到。

但是在传统的磁共振中，强磁场是用来极化原子的，但是信号很弱，每次极化都需要很长的弛豫时间。据陆旭东博士介绍，用传统的极化方法获取信号需要几年的时间。如果使用超极化，可能只需要一分钟。金刚石超极化技术在测量信号强度、测量精度和磁共振成像花费的时间方面取得了质的飞跃。

起初，金刚石超极化是一种可以将磁共振和光学成像结合起来的技术。谈完磁共振，再来说说它是如何实现光学成像的。仍然使用NV色心，这是一个非常稳定的光子源。陆旭东博士带领团队利用NV色心的光学特性及其超极化特性，首次实现了基于金刚石的双模成像。与传统光学成像相比，它有哪些优势？

传统的磁共振和光学成像无法同时实现探测深度和图像清晰度。磁共振的射频可以探测人体的任何部位，但成像分辨率比光学成像差几个数量级。光学成像虽然有亚微米分辨率，但足够清晰；但要实现探测，光穿透物体后不能被散射，所以最多只能达到毫米的深度，光无法进一步向下穿透。

采用金刚石超极化技术的双模态成像不仅具有磁共振的精度和深度，还具有光学成像的清晰度。以金刚石为示踪剂，研究人员可以同时观察碳原子的磁共振信号和荧光信号。当两相结合时，观察图像可以达到一加一大于二的效果。

那你可能要问，这么先进的技术，它的成本会高吗？相反，传统的磁共振光谱仪需要强磁场才能实现极化，成本在几十万到几百万美元不等。金刚石超极化的磁共振只需要改变NV色心的自旋状态，成本甚至可以降低到几千美元。说到这里，你可能又有了新的问题。钻石不是很贵吗？

与作为珠宝出售的钻石不同，用于实现超极化的钻石示踪剂只需要颗粒大小，不需要任何精致的抛光。而且钻石虽然贵，但和其他需要人工合成提炼的物质不同，是天然存在的。与许多高科技产品相比，钻石便宜得多，使用也更方便。

最后，讨论了金刚石超极化技术的实际意义。传统技术无法在早期检测到癌细胞病变，但金刚石超极化的磁共振信号比传统技术强几十万倍。如果通过量化与癌细胞相连，就有可能获得高清成像，实现癌症的早期诊断。此外，它还可以用于生物细胞、血液和组织的各种研究，加快了进展，提高了结果的准确性，创造了更多的可能性。利用量子技术实现金刚石超极化无疑带来了一场技术革命，这是未来医学检测发展的总趋势。