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顺磁性材料(顺磁性材料对t1t2的影响)
说到钻石，你会想到什么？昂贵的价格，超强的硬度，还是爱情的浪漫？你可能没有想到，钻石还有科研价值。不是，北大毕业，现在在加州大学伯克利分校学习的吕旭东博士，已经把钻石和医学联系起来了。目前，在医学上，磁共振和光学成像常用于检测人体器官是否患病，以及生物细胞的变化等。，但是各有各的缺点。

陆旭东博士首次成功利用金刚石粒子实现自旋超极化，并做出了更先进的成像。它将磁共振和光学成像结合起来，消除了它们各自的缺陷。生物技术和医学工业中的各种测试和实验也可以通过该技术进一步发展。比如检测到原本检测不到的地方，结果会更准确等等。

看到这一堆专业术语，你一定有点困惑。先解释一下什么是钻石超极化。在钻石这种矿物中，有一种特殊的发光点缺陷，科学上称之为NV色心。它是顺磁性杂质，由取代氮原子和碳原子空位置组成。而它的电子基态是自旋三重态，电子自旋的模式对外磁场非常敏感，所以室温下相干时间内NV色心的精度可以达到毫秒级，小于10nm 。在此条件下，NV色心与待测样品之间的距离也小于5nm，从而实现更精确、更准确的检测。
由于NV色心具有这种极其精密的量子性质，卢旭东博士带领团队利用激光高效率地将其极化到特定的自旋态。他把钻石中电子自旋的极化转移到碳13原子的自旋上，碳13原子的极化会从很低变到很高。在整个过程中，钻石的碳原子被成功超极化，磁共振信号增加了数百到数千倍，更容易被观察到。

而在传统磁共振中，利用强磁场使原子极化，但信号很弱，每次极化需要很长的弛豫时间。据吕旭东博士介绍，用传统的偏振，需要几年的时间才能得到信号。如果使用超极化，可能只需要一分钟。钻石超极化技术在磁共振成像所测量的信号强度、测量精度和所花费的时间上都有了质的飞跃。
一开始，钻石超极化是一种可以将磁共振和光学成像结合起来的技术。说完磁共振，再来说说它是如何实现光学成像的。仍然使用NV色心，这是一个非常稳定的光子源。陆旭东博士带领团队利用NV色心的光学特性及其超极化特性，首次实现了基于钻石的双模成像。与传统光学成像相比，有哪些优势？

传统的磁共振和光学成像无法同时达到探测深度和图像清晰度。磁共振的射频可以检测到人体的任何部位，但是成像分辨率比光学成像差几个数量级。光学成像虽然有亚微米分辨率，但足够清晰；但要实现探测，光穿透物体后是无法散射的，所以最多只能到达毫米的深度，光无法再往下穿透。
使用金刚石超极化技术的双模态成像不仅具有磁共振的准确性和深度，还具有光学成像的清晰度。以钻石为示踪剂，研究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，观测图像可以达到一加一大于二的效果。
那你可能要问了，这么先进的技术，它的成本会高吗？相反，传统的磁共振谱仪需要强磁场才能实现极化，成本从几十万美元到几百万美元不等。钻石超极化的磁共振只需要改变NV色心的自旋状态，成本甚至可以降到几千美元。说到这，你可能又有新问题了。钻石不是很贵吗？

与作为珠宝出售的钻石不同，用于实现超极化的钻石示踪剂只需要粒径，不需要任何精致的打磨。而且钻石虽然价格昂贵，但不同于其他需要人工合成提炼的物质，是天然存在的。与许多高科技产品相比，钻石要便宜得多，使用起来也更方便。
最后，讨论了金刚石超极化技术的现实意义。用传统技术无法在早期检测出癌细胞病变，但钻石超极化的磁共振信号比传统的强几十万倍。如果通过量子化与癌细胞连接，或许可以得到高清成像，实现癌症的早期诊断。而且还可以用于生物细胞、血液、组织的各种研究，加快进度，提高结果的准确性，创造更多的可能性。利用量子技术的金刚石超极化无疑带来了一场技术革命，这是未来医学检测发展的大趋势。
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