量子物理学家马库斯-阿恩特（Markus Arndt）（维也纳大学）领导的一个国际研究小组在蛋白质离子检测方面取得了突破性进展： 由于能量灵敏度高，超导纳米线探测器的量子效率几乎达到了100%，在低能量下的探测效率比传统离子探测器高出1000倍。

用超导纳米线计算单个蛋白质。背景和纳米线是在 Photoshop 中使用生成填充 AI 更改的。(人类胰岛素 PDB:3I40）

与传统探测器相比，超导纳米线探测器还能通过撞击能量区分大分子。这样就能更灵敏地检测蛋白质，并在质谱分析中提供更多信息。这项研究的结果最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

质谱技术的进步

在生命科学的许多领域，包括蛋白质研究、诊断和分析领域，对大分子的检测、识别和分析都非常有趣。质谱法通常用作一种检测系统--这种方法通常根据带电粒子（离子）的质量电荷比将其分离，并测量检测器产生的信号强度。这就提供了不同类型离子的相对丰度信息，因此也就提供了样品的组成信息。然而，传统的探测器只能对具有高冲击能量的粒子实现较高的探测效率和空间分辨率--一个国际研究小组利用超导纳米线探测器克服了这一限制。

超导技术的创新应用

在目前的研究中，由维也纳大学协调，与代尔夫特（Single Quantum）、洛桑（EPFL）、阿尔梅勒（MSVision）和巴塞尔大学的合作伙伴组成的欧洲联合研究小组首次展示了在所谓的四极杆质谱法中使用超导纳米线作为蛋白质束的优秀探测器。来自待分析样品的离子被送入四极杆质谱仪进行过滤。

维也纳大学物理系量子纳米物理学组的项目负责人马库斯-阿恩特（Markus Arndt）解释说："如果我们现在使用超导纳米线代替传统的探测器，我们甚至可以识别以低动能撞击探测器的粒子。这得益于纳米线探测器的特殊材料特性（超导性）。"

维也纳大学 SuperMaMa 实验室外景。悬挂的镀金插件是辐射防护罩，超导纳米线探测器就安装在它后面： 维也纳大学量子纳米物理学实验室

这种探测方法的关键在于纳米线在极低的温度下进入超导状态，在这种状态下，纳米线失去电阻，允许无损电流流动。进入的离子激发超导纳米线，使其恢复到正常导电状态（量子转换）。在这一转变过程中，纳米线电特性的变化被解释为探测信号。

第一作者马塞尔-施特劳斯（Marcel Strauß）说："通过我们使用的纳米线探测器，我们利用了从超导态到正常导电态的量子转变，因此可以比传统的离子探测器性能高出三个数量级"。

事实上，纳米线探测器在极低的撞击能量下就能产生显著的量子产率，重新定义了传统探测器的可能性。

"此外，采用这种量子传感器的质谱仪不仅可以根据分子的质量和电荷状态区分分子，还可以根据分子的动能对其进行分类。"马塞尔-施特劳斯（Marcel Strauß）说："这就提高了检测能力，并为获得更好的空间分辨率提供了可能。"

纳米线探测器可以在质谱分析、分子光谱分析、分子偏转测量或分子量子干涉测量等需要高效率和高分辨率的领域找到新的应用，尤其是在低冲击能量条件下。

合作与资助

单量子公司（Single Quantum）领导超导纳米线探测器的研究，洛桑联邦理工学院（EPFL-Lausanne）的专家提供超冷电子器件，MSVISION 公司是质谱分析领域的专家，巴塞尔大学的专家负责化学合成和蛋白质功能化。维也纳大学凭借其在量子光学、分子束和超导方面的专业知识，将所有组件整合在一起。

这项工作由欧盟委员会资助，是 SuperMaMa 项目（860713）的一部分，该项目致力于研究用于质谱分析和分子分析的超导探测器。戈登和贝蒂-摩尔基金会（Gordon & Betty Moore Foundation）（10771）为分析修饰蛋白质提供了资助。

编译来源：ScitechDaily