量子物理學家馬庫斯-阿恩特（Markus Arndt）（維也納大學）領導的國際研究小組在蛋白質離子檢測方面取得了突破性進展： 由於能量靈敏度高，超導奈米線探測器的量子效率幾乎達到了100%，在低能量下的探測效率比傳統離子探測器高出1000倍。

用超導奈米線計算單一蛋白質。背景和奈米線是在 Photoshop 中使用生成填充 AI 更改的。 (人類胰島素 PDB:3I40）

與傳統探測器相比，超導奈米線探測器還能透過撞擊能量區分大分子。這樣就能更靈敏地檢測蛋白質，並在質譜分析中提供更多資訊。這項研究的結果最近發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。

質譜技術的進步

在生命科學的許多領域，包括蛋白質研究、診斷和分析領域，對大分子的檢測、識別和分析都非常有趣。質譜法通常用作一種檢測系統–這種方法通常根據帶電粒子（離子）的質量電荷比將其分離，並測量檢測器產生的訊號強度。這就提供了不同類型離子的相對豐度信息，因此也就提供了樣品的組成信息。然而，傳統的探測器只能對具有高衝擊能量的粒子實現較高的探測效率和空間分辨率–一個國際研究小組利用超導奈米線探測器克服了這一限制。

超導技術的創新應用

在目前的研究中，由維也納大學協調，與代爾夫特（Single Quantum）、洛桑（EPFL）、阿爾梅勒（MSVision）和巴塞爾大學的合作夥伴組成的歐洲聯合研究小組首次展示了在所謂的四極桿質譜法中使用超導奈米線作為蛋白質束的優秀探測器。來自待分析樣品的離子被送入四極桿質譜儀進行過濾。

維也納大學物理系量子奈米物理學組的專案負責人馬庫斯-阿恩特（Markus Arndt）解釋：”如果我們現在使用超導奈米線代替傳統的探測器，我們甚至可以識別以低動能撞擊探測器的粒子。這得歸功於奈米線探測器的特殊材料特性（超導性）。 “

維也納大學 SuperMaMa 實驗室外景。懸掛的鍍金插件是輻射防護罩，超導奈米線探測器就安裝在它後面： 維也納大學量子奈米物理學實驗室

這種探測方法的關鍵在於奈米線在極低的溫度下進入超導狀態，在這種狀態下，奈米線失去電阻，允許無損耗電流流動。進入的離子激發超導奈米線，使其恢復到正常導電狀態（量子轉換）。在這轉變過程中，奈米線電特性的變化被解釋為探測訊號。

第一作者馬塞爾-施特勞斯（Marcel Strauß）說：”透過我們使用的奈米線探測器，我們利用了從超導態到正常導電態的量子轉變，因此可以比傳統的離子探測器性能高出三個數量級”。

事實上，奈米線探測器在極低的撞擊能量下就能產生顯著的量子產率，重新定義了傳統探測器的可能性。

“此外，採用這種量子感測器的質譜儀不僅可以根據分子的質量和電荷狀態區分分子，還可以根據分子的動能進行分類。 “馬塞爾-施特勞斯（Marcel Strauß）說：”這就提高了檢測能力，並為獲得更好的空間分辨率提供了可能。 “

奈米線探測器可以在質譜分析、分子光譜分析、分子偏轉測量或分子量子乾涉測量等需要高效率和高解析度的領域找到新的應用，尤其是在低衝擊能量條件下。

合作與資助

單量子公司（Single Quantum）領導超導奈米線探測器的研究，洛桑聯邦理工學院（EPFL-Lausanne）的專家提供超冷電子裝置，MSVISION 公司是質譜分析領域的專家，巴塞爾大學的專家負責化學合成和蛋白質功能化。維也納大學憑藉其在量子光學、分子束和超導方面的專業知識，將所有組件整合在一起。

這項工作由歐盟委員會資助，是 SuperMaMa 計畫（860713）的一部分，該計畫致力於研究用於質譜分析和分子分析的超導探測器。戈登和貝蒂摩爾基金會（Gordon & Betty Moore Foundation）（10771）為分析修飾蛋白質提供了資助。

編譯來源：ScitechDaily