顺磁性物质（顺磁性物质对t1t2的影响）

说起钻石，你会想到什么？昂贵的价格，超高的硬度，还是代表爱情的浪漫？你可能没有想到，钻石还具有科研价值。这不，本科毕业于北大，现就读于加州大学伯克利分校的吕旭东博士，就把钻石和医学挂上了钩。目前医学上检测人体内器官是否病变，和生物细胞的变化等情况，通常用到的手段就是磁共振和光学成像，但它们各自都存在着缺点。

而吕旭东博士首次成功用钻石微粒，实现了自旋超极化，做出了一种更加先进的成像手段。它把磁共振和光学成像结合起来，并且消除了它们各自存在的缺陷。在生物技术和医疗行业内的各种检测和实验，也能靠着这项技术进一步发展。比如探测到原本不能探测的地方，结果也更加准确等等。

看到这一堆专业名词，你估计有点懵了。那就先来解释一下，啥叫钻石超极化。在钻石这种矿物质中，有一个特殊发光点缺陷，学名叫NV色心。它是一种顺磁性杂质，由一个替代氮原子和一个碳原子空位组成。而它的电子基态为自旋三重态，而电子自旋这种模式，对外界磁场非常敏感，所以NV色心在室温下相干时间内的精度，可以达到毫秒级，定位到小于10nm。在这种条件下，NV色心距离待检测样品，也不到5nm，由此实现更精细准确的探测。

因为NV色心拥有这种极其精密的量子特性，吕旭东博士带领团队用激光，极高效率地让它极化到了特定的自旋状态。他把钻石中电子自旋的极化，转移到了碳13原子的自旋上，碳13原子的极化也会从很低变成很高的状态。整个过程下来，钻石的碳原子就成功实现了超极化，磁共振信号也因此提升了几百到几千倍，更容易被观测到。

而传统磁共振使用强磁场来极化原子，相比之下信号十分微弱，并且每次极化都要用掉较长的弛豫时间。据吕旭东博士介绍：用传统极化方式做试验，要花几年才能获取的信号，如果用超极化，可能只花一分钟。钻石超极化技术，让磁共振成像手段在被测信号强度、测量精度和花费时间上，都有了质的飞跃。

开头也说了，钻石超极化是能把磁共振和光学成像结合起来的技术。说完了磁共振，就来说说它是如何做到光学成像的。用到的还是NV色心，它是一种非常稳定的光子源。吕旭东博士带领团队，利用NV色心的光学特性和它被超极化后的特性，首次实现了基于金刚石的双模态成像。比起传统的光学成像，它又具有什么优势？

传统的磁共振和光学成像，都无法做到探测深度和图像清晰度的两全。磁共振的射频可以探测到人体任何部分，但它的成像分辨率比起光学成像要差几个数量级。而光学成像虽然拥有亚微米级的分辨率，足够清晰；但要实现探测，光线在穿透物体后就不能散射，所以它最多只能达到毫米级的深度，再往下光线就无法穿透了。

而利用钻石超极化技术做出来的双模态成像，不仅有磁共振的精度和深度，又有光学成像的清晰度。把钻石作为示踪剂，科研人员可以同时观测到碳原子的磁共振信号和荧光信号。两相结合，观测图像可以实现一加一大于二的效果。

那你可能要问了，这么先进的技术，它的成本会不会很高？恰恰相反，一台传统磁共振谱仪，要用强磁场来实现极化，成本在几十万到几百万美元不等。而钻石超极化做到的磁共振，只需要改变NV色心的自旋状态，成本甚至可以降低到几千美元。说到这里，你也许又产生了新的问题，钻石不是很贵吗？

和当做首饰来售卖的钻石有所不同，用以实现超极化的钻石示踪剂，只要微粒大小就足够了，也不用多么精致的打磨。而且钻石虽然贵，但不同于其他需要人工合成提炼的物质，它是天然存在的。比起很多高精尖技术产物，钻石可便宜太多了，而且用起来也更方便。

最后说说钻石超极化技术的实际应用意义。以传统的技术手段而言，癌细胞病变在早期都不能被检测到，但钻石超极化的磁共振信号比传统的要强几百几千倍，如果利用量子化手段，把它和癌细胞相连接，也许就能得到高清晰度的成像，实现癌症早期病情的诊断。而且，它还能用于生物细胞、血液和组织的各项研究，加快进度的同时提高结果的准确度，创造更多可能性。利用量子技术的钻石超极化，无疑带来了一场技术革命，是未来医学检测发展的大势所趋。