香港大学（港大）电机电子工程系褚智勤教授与四川大学魏强教授合作，研发利用金刚石的量子传感显微镜新技术，实现纳米尺度下对皮牛顿至几纳牛顿的细胞力的无萤光标记精准成像，为力学生物学的研究发展，取得重大突破。

团队研发的“量子增强金刚石分子张力显微镜”（Quantum-Enhanced Diamond Molecular Tension Microscopy（QDMTM））新技术，克服了传统细胞力测量设备在光漂白、有限灵敏度和信息解析模糊等多方面的局限，为细胞黏附力对癌细胞扩散的影响等细胞力学领域研究，开辟了新的视角。此外，QDMTM 感测器清洗后可重复使用，对不同样本细胞黏附力比较的绝对准确性得以提高。

QDMTM从根本上改变了细胞间相互作用或细胞- 材料相互作用等重要领域的研究方式，对生物物理学和生物医学工程有重要意义。研究论文已经在学术期刊《科学进展》（ Science Advances ）发表，题为“Quantum-Enhanced Diamond Molecular Tension Microscopy for Quantifying Cellular Forces”。

研究背景

持续与微环境相互作用和信息交流，对于细胞的生存和执行生物功能至关重要，而通过精确量化细胞的黏附力，可理解当中细胞力调控的复杂性。过去几十年，研究人员成功开发了各种方法来测量细胞黏附力，其中已被广泛应用的有牵引力显微镜（TFM）、光镊/磁镊和基于分子张力的萤光显微镜（MTFM）等领先技术。然而，这些技术在灵敏度和信息解析方面存在重大局限，萤光显微镜更有萤光染料光漂白的问题。于是，开发一种无需以萤光标记方式、能够准确测量细胞黏附力的新技术，对于力学生物学的研究发展非常重要。

研究方法和发现

团队利用可借细胞力拉伸的聚合物（作为一种力感测器），结合金刚石中NV色心的纵向弛豫时间，实现“量子增强金刚石分子张力显微镜”（QDMTM）。 NV色心电子自旋的量子特性，确保了QDMTM 前所未有的灵敏度和精确性。

QDMTM创新技术的独特之处，在于利用能够将机械信号转换为磁信号的力响应聚合物作为“力感测器”。通过测量磁杂讯引起的NV自旋弛豫时间的变化，计算出细胞对“力感测器”施加的黏附力，从而有效地测量纳米尺度下的随机磁信号，这是现有的测量技术所无法实现的。

QDMTM新方法，为研究细胞黏附力提供了一种有效的途径以分辨不同黏附状态的细胞，团队利用新技术量度不同细胞区域的力大小，结果与已知的研究结果一致，证明QDMTM方法能够准确测量细胞黏附力。团队下一阶段的研究，目标是使用纳米金刚石颗粒替换当前方案中的块状金刚石作为量子感测器，从而实现对细胞力在任意方向上的测量。