在医学诊断技术不断追求精准与安全的背景下，英国华威大学（University of Warwick）科研团队于 8 月 12 日在学术期刊《物理评论应用》（Physical Review Applied，简称 PRApplied，由美国物理学会创刊于2014年）发表的研究成果，为癌症手术导航领域注入了一股新的力量。

这项基于钻石量子缺陷的磁传感技术，不仅解决了传统淋巴结检测方法的固有缺陷，更揭示了天然矿物材料在高端医疗装备中的创新应用路径。

 

临床痛点与技术原理

 

在乳腺癌手术中，准确找到前哨淋巴结（肿瘤细胞转移的第一站淋巴结）的位置，对患者的治疗结果和长期生存质量（即“预后”）有决定性影响。

当前临床采用的蓝色染料与放射性同位素示踪剂虽能标记目标，但过敏反应风险 （约1%发生率） 与辐射暴露问题始终是一种风险。

华威大学团队开发的钻石磁传感器，通过检测注射入体内的超顺磁性氧化铁纳米颗粒，实现了非侵入式、无毒无害的淋巴结定位，从根本上规避了传统方法的局限性。

这项技术的核心在于体积仅0.5立方毫米的人造钻石，生产商为戴比尔斯旗下公司元素六（Element Six）。

研究团队在钻石晶格中植入氮空位（NV）中心——一种由氮原子取代碳原子并形成邻近空位的量子缺陷结构。当进行532纳米激光照射时，NV中心会产生特征性的光致发光现象，其发光强度与周围磁场强度存在精确的量子关联。

通过光纤将钻石探头与外部光学系统连接，研究人员成功地将量子效应转化为可测量的电信号，构建起高灵敏度的磁探测平台。

 

 

钻石材料的独特优势

 

相较于传统磁传感器，钻石基探测器展现出三重显著优势：

1）生物相容性优异

钻石作为自然界最稳定的材料之一，其化学惰性与无毒特性完美契合了医疗植入的要求。实验中使用的“羧基葡聚糖包被的超顺磁性氧化铁纳米颗粒”已在欧洲多国临床应用，与钻石探头的结合形成了"磁性示踪-量子检测"的完整安全链条。

2）灵敏度突破物理极限

单个NV中心的磁场检测灵敏度可达“飞特斯拉级别”（10^-15 T），研究团队通过优化钻石晶格缺陷密度与微波激励策略，实现了12.3 nT/√Hz的实测灵敏度。

这种性能使得设备能够检测到浓度低至10%的氧化铁颗粒（对应铁含量2.8 mg/ml），相当于200微升样本中仅含0.56毫克铁元素。

3）分辨率与便携性兼得

传统超导量子干涉仪需要极低温运行环境，而钻石传感器在室温下即可工作。10毫米的最大探头直径允许其通过标准腹腔镜套管进入人体，光纤传导设计更突破了传统刚性探头的空间限制，为复杂解剖结构下的精细操作提供了可能。

 

技术验证与临床转化前景

 

在针对20种不同浓度磁性样本的测试中，设备成功在5.8毫米距离处识别出10%浓度的示踪剂（SNR=2.0），最大检测距离达14.6毫米。这种性能完全满足前哨淋巴结活检的手术需求。考虑到人体组织厚度与操作空间，5-15毫米的工作范围具有显著临床适用性。

值得注意的是，华威大学的研究团队特别设计了3D打印定位装置，通过标准化样本固定与扫描路径，确保了不同浓度检测的可重复性，这为未来器械的标准化生产奠定了基础。

更值得关注的是技术扩展潜力。钻石NV中心的量子特性使其天生具备多模态检测能力，理论上可同步实现温度、压力等物理参数的传感。

随着柔性电子技术的发展，未来或可实现钻石传感阵列与可穿戴设备的集成，开辟肿瘤术后监测的新范式。

 

行业启示与未来挑战

 

这项突破揭示了天然矿物材料在高端医疗装备中的创新可能。相较于传统半导体传感器，钻石的量子特性与材料稳定性形成了独特的技术护城河。

当然，从实验室到手术台仍需跨越多重门槛。当前设备的单点检测时间仅0.5秒，但完整区域扫描需8-10分钟，目前尚且无法完全满足实时手术的导航需求，需要通过并行探测阵列或算法优化提升数据采集速度。

此外，磁性示踪剂在复杂人体环境中的扩散动力学特性，也需要通过更多动物实验与临床前研究来验证。

但不可否认的是，这项技术已经为医疗传感领域树立了新的标杆，这或许正是科技创新最吸引人的地方。

钻石不再仅仅是珠宝店的奢侈品，而是成为守护生命的精密仪器，这种价值升华本身，难道不正是科技进步最美好的注脚吗？

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本文来源：钻石观察