水落憲和 京都大学化学研究所教授、蘇梓傑 同博士課程学生（当時、現：量子科学技術研究開発機構（QST）量子生命科学研究所 博士研究員）、藤原正規 同特定研究員、五十嵐龍治 QST量子生命科学研究所チームリーダー、株式会社ダイセルらの共同研究グループは、独自に開発した爆轟（ばくごう）ナノダイヤモンド中に、強く安定した光検出磁気共鳴（ODMR）信号を持つ窒素-空孔（NV）中心を多数計測することに成功した。
これにより、ＮＶ中心を含む爆轟ナノダイヤモンドでは初めて温度感度計測を実現した。
開発した爆轟ナノダイヤモンドの粒径は約11nmで、温度感度を計測したダイヤモンドセンサとして世界最小径。
NV中心は、ODMR信号を利用することで温度、磁場、電場などを高感度に計測できるため、優れた量子センサとして幅広い分野で注目されている。
生命科学分野では、NV中心を含むナノダイヤモンドを細胞核やミトコンドリア等の細胞小器官に導入できれば、微小領域における高感度計測が期待できる。
ただし、これまで生体計測に用いられてきたナノダイヤモンドの粒径は主に100nm前後で、細胞膜や核膜へのダメージを抑えて細胞深部に導入するには粒径30nm以下が要求される。
小粒径のナノダイヤモンドの合成は爆轟法が有力だが、従来の爆轟ナノダイヤモンドはNV中心の濃度が低い、ODMR信号が低く不安定、といった問題があった。
今回実現したNV中心爆轟ナノダイヤモンドを用いることで、今後、細胞内などの微小領域での量子センシングが期待できる。
小粒径かつ大量合成可能なSi-DNDを長時間熱混酸洗浄することで、高コントラストで安定したODMRスペクトルを持つNV中心を多数計測できた。また、DNDとしては初めてODMRを用いた温度感度計測も実現した。
平均粒径11.2nmは温度感度を計測したダイヤモンドの中で世界最小であり、統計的にも十分均一な粒子が得られた。
以上のことは、細胞核内や細胞内小器官における温度計測など、NV中心による量子センシングの技術を生体試料に応用する上で重要な一歩。
特に、Si-DNDはNV中心濃度を増加させるような後処理を一切行わずに高いNV中心濃度を実現しており、適切な後処理を施せば更なる高濃度化も期待できる。
加えて、Si-DND中のSiV中心も利用できることは、生体のマルチカラーイメージングや全光学的温度センシングなど応用の幅が広がるものと考える。
今後の予定としては、更なる高感度化、また実際にSi-DNDを生体試料へ導入し、バイオイメージング及び温度センシングを進める予定。＜量子科学技術研究開発機構（QST）＞
これにより、ＮＶ中心を含む爆轟ナノダイヤモンドでは初めて温度感度計測を実現した。
開発した爆轟ナノダイヤモンドの粒径は約11nmで、温度感度を計測したダイヤモンドセンサとして世界最小径。
NV中心は、ODMR信号を利用することで温度、磁場、電場などを高感度に計測できるため、優れた量子センサとして幅広い分野で注目されている。
生命科学分野では、NV中心を含むナノダイヤモンドを細胞核やミトコンドリア等の細胞小器官に導入できれば、微小領域における高感度計測が期待できる。
ただし、これまで生体計測に用いられてきたナノダイヤモンドの粒径は主に100nm前後で、細胞膜や核膜へのダメージを抑えて細胞深部に導入するには粒径30nm以下が要求される。
小粒径のナノダイヤモンドの合成は爆轟法が有力だが、従来の爆轟ナノダイヤモンドはNV中心の濃度が低い、ODMR信号が低く不安定、といった問題があった。
今回実現したNV中心爆轟ナノダイヤモンドを用いることで、今後、細胞内などの微小領域での量子センシングが期待できる。
小粒径かつ大量合成可能なSi-DNDを長時間熱混酸洗浄することで、高コントラストで安定したODMRスペクトルを持つNV中心を多数計測できた。また、DNDとしては初めてODMRを用いた温度感度計測も実現した。
平均粒径11.2nmは温度感度を計測したダイヤモンドの中で世界最小であり、統計的にも十分均一な粒子が得られた。
以上のことは、細胞核内や細胞内小器官における温度計測など、NV中心による量子センシングの技術を生体試料に応用する上で重要な一歩。
特に、Si-DNDはNV中心濃度を増加させるような後処理を一切行わずに高いNV中心濃度を実現しており、適切な後処理を施せば更なる高濃度化も期待できる。
加えて、Si-DND中のSiV中心も利用できることは、生体のマルチカラーイメージングや全光学的温度センシングなど応用の幅が広がるものと考える。
今後の予定としては、更なる高感度化、また実際にSi-DNDを生体試料へ導入し、バイオイメージング及び温度センシングを進める予定。＜量子科学技術研究開発機構（QST）＞
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