5.3. NV-Based Nanosensors of Biolog

5.3. NV-Based Nanosensors of Biological SystemsBased on the remarkable property of negatively charged NVcenters (NV−) to change their optical properties under the influence of external fields,[121] the development of extremely sensitive nanoscale quantum sensors operating at room temperaturebased on these centers is ongoing. Though in-depth reviewson this topic[122–126] provide thorough detail, in this section webriefly summarize the utilization of the quantum nature of NVcenters for which allow them to interrogate properties of theirsurrounding environment with emphasis on cellular biologyapplications.[7,126]Figure 16a provides the essential details of the electronicstructure of the NV center. Both ground and excited electronicstates of the negatively charged NV center are spin triplets.Due to the existence of an alternative nonradiative channelfor the relaxation from the excited states ms = ± 1, there is ahigher probability that relaxation proceeds through a darkstate (M in Figure 16a). As a result, light emission is decreasedwhen the NV center is in −1 or +1 state as compared to whenit is in the 0 state. The most essential feature of the NV− centeris that its emission intensity drops when microwave radiation isapplied at a specific frequency, corresponding to the magneticresonance of the defect (which is ≈2.8 GHz in the absence ofexternal fields). In the presence of the external fields, this resonance frequency is changed either through shifting or splitting(Figure 16b). Therefore, the resonance frequency of the defectcan be read optically and therefore external field perturbationswhich cause changes in the resonance frequency can be quantified, such as temperature, magnetic field, and molecules withspin. Thus, the difference in the fluorescence intensity allowsoptical readout of the spin state of the NV center.[121]In optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy, the energy difference between the 0, +1, or −1 states(the magnetic resonance energy) can be found by sweeping themicrowave energies (in the GHz range). When the microwaveenergy is at resonance, e.g., corresponding to the differencebetween the +1 or −1 states with the 0 state, the PL intensitiesin the ODMR spectra corresponding to these values decrease(Figure 16b). ODMR-based spectroscopy allows monitoring ofa variety of external properties. In the presence of an externalmagnetic field, the degeneracy of the ± 1 states is lifted by theapplication of an external magnetic field along the NV axis(Zeeman splitting). Spectroscopically, the higher the externalmagnetic field is, the further the resonance frequencies for +1and −1 states move apart from each other (Figure 16b). McGuinness et al.[39] performed real-time ODMR measurements of therotation of diamond particles containing NV center movinginside a live HeLa cell. Changes of the NV axis alignment relative to the direction of the constant external magnetic field wereprobed with a pulse sequence technique that allowed for hourlong tracking of the particle orientation with resolution in themillisecond timescale. Potential applications include understanding cellular membrane nanomechanics, local viscosity inthe cellular environment, or a real-time monitoring of molecular rotation at the 10–100 ms timescale of ATPase activityusing a probe consisting of small nanodiamonds ligated withthe F1-portion of ATP synthase.[39] Obviously, the photostabilityof the NV center fluorescence in the hour-long experiments isextremely important. It is worth mentioning that pulse protocol methods are used in conventional electron paramagneticresonance and nuclear magnetic resonance to increase the sensitivity of the measurements, and such protocols are beingadapted in quantum measurements using NV centers.[7,128]

0/5000

原始語言: -

目標語言: -

結果 (繁體中文) 1: [復制]

復制成功！

5.3。生物系統的NV-基於納米傳感器 基於對帶負電荷的NV的顯著性 中心（NV-）來改變外部磁場的影響下它們的光學性質，[121]在室溫下操作極為敏感的納米級量子傳感器的發展 基於這些中心正在進行。雖然深入審查 關於這一主題[122-126]提供詳盡的細節，在本節中，我們 簡要地總結了NV的量子性質，利用 中心，為這讓他們以自己的詰性質 ，重點是細胞生物學周圍環境 的應用程序。 [7126] 圖16a提供了電子的必要的細節 結構中的NV中心的。基態和激發電子 帶負電荷的NV中心的狀態是自旋三胞胎。 由於一個替代非輻射信道的存在 從激發態MS =±1的鬆弛，有 較高的概率，通過暗鬆弛前進 狀態（M在圖16a）。其結果是，發光降低 ，當NV中心是-1或+1狀態時相比，因為 它是在0狀態。該NV-中心的最本質的特徵 是，當微波輻射其發射強度下降 以特定的頻率施加，對應於磁 缺陷的共振（這是在沒有≈2.8GHz的 外場）。在外部場的存在下，該諧振頻率被移位通過分裂或改變任一 （圖16b）。因此，缺陷的共振頻率 可被光學並因此讀外部磁場擾動 ，其共振頻率的變化的原因可以量化，例如溫度，磁場，並與分子 的旋轉。因此，在熒光強度的差異允許 的NV中心的自旋狀態的光學讀出。[121] 在光學檢測磁共振（ODMR）光譜中，0，+ 1，或-1狀態之間的能量差 （磁共振能量）可以通過掃描發現 微波能量（在GHz範圍內）。當微波 能量是在諧振，例如，對應於該差值 與0狀態時，PL強度的+1或-1狀態之間 對應於這些值的ODMR光譜減少 （圖16b）。基於ODMR譜允許監控的 各種外部特性。在外部的存在 磁場時，±1狀態的簡並性是由被提升的 外部磁場的沿軸線NV應用 （塞曼分裂）。光譜，較高的外部 磁場是，所述進一步的諧振頻率為1 和-1的狀態彼此分開（圖16b）移動。麥吉尼斯等人[39] 的進行實時測量ODMR 含有NV中心移動的金剛石顆粒的旋轉 活HeLa細胞內。的NV的變化軸線相對於恆定的外部磁場的方向進行取向 用的脈衝序列的技術，允許用於與分辨率粒子取向的長達一小時的跟踪探測 毫秒級。潛在的應用包括認識細胞膜納米力學，在局部粘度 細胞環境，或實時在10-100毫秒監測分子旋轉ATP酶活性的時標 使用由與連接小的納米金剛石的探針 ATP合酶的F1部分[39]。顯然，光穩定性 的NV中心的熒光在長達一小時的實驗是 極其重要的。值得一提的是，脈衝協議方法在傳統的電子順使用 共振和核磁共振來增加測量的靈敏度，這樣的協議正在 適於在使用NV中心量子測量。[7128]

正在翻譯中..

結果 (繁體中文) 2:[復制]

復制成功！

5.3. 生物系統的NV納米感應器 基於負電荷 NV 的顯著特性 中心（NV+）在外部磁場的影響下改變其光學特性，[121] 在室溫下工作，開發極其靈敏的納米級量子感應器 基於這些中心正在進行中。雖然深入評論 關於這個主題[122[126] 提供了詳盡的詳細資訊，在本節中，我們 簡要總結NV量子性質的利用 中心，允許他們詢問其屬性 以細胞生物學為重點的周邊環境 應用。[7,126] 圖 16a 提供了電子 NV 中心的結構。接地和興奮電子 負電荷 NV 中心狀態為旋轉三胞胎。 由於存在替代的非輻射通道 從興奮狀態的放鬆 ms = = 1，有一個 更高的概率，放鬆通過黑暗進行 狀態（圖 16a 中的 M）。因此，光發射量減少 當 NV 中心處於 +1 或 +1 狀態時，與 它處於 0 狀態。NV+ 中心最重要的功能 是當微波輻射時，其發射強度會下降 應用於特定頻率，對應于磁性 缺陷共振（在沒有 外部欄位）。在外部場的存在下，此諧振頻率通過移動或分裂而改變 （圖16b）。因此，缺陷的共振頻率 可以光學讀取，因此外部場擾動 導致諧振頻率變化的，可以量化，如溫度，磁場和分子 自旋。因此，螢光強度的差異允許 NV 中心的自旋狀態的光學讀出。[121] 在光學檢測到的磁共振（ODMR）光譜中，0、+1 或 +1 狀態之間的能量差 （磁共振能量）可以通過掃掠 微波能量（GHz範圍內）。當微波 能量在共振，例如，對應于差 在 +1 或 +1 狀態之間，具有 0 狀態，PL 強度 在ODMR光譜中對應于這些值減少 （圖16b）。基於ODMR的光譜可以監測 各種外部屬性。在外部存在的情況下 磁場，+1 狀態的退化由 沿 NV 軸應用外部磁場 （澤曼分裂）。光譜上，外部越高 磁場是，+1 的諧振頻率越遠 和 #1 狀態彼此分開（圖 16b）。麥吉尼斯等人[39]對 含有 NV 中心移動的金剛石顆粒的旋轉 在一個活的HeLa細胞內。NV 軸對齊相對於恒定外部磁場方向的變化 通過脈衝序列技術進行探測，該技術允許以解析度跟蹤粒子方向，並在 毫秒時間刻度。潛在的應用包括瞭解細胞膜納米力學、局部粘度 細胞環境，或ATPase活性10~100ms時間尺度的分子旋轉即時監測 使用由小型納米鑽石組成的探針，與 ATP 合成酶的 F1 部分。[39] 顯然，光穩定性 NV中心螢光在一小時的實驗中是 極其重要。值得一提的是，脈衝協定方法在傳統的電子順磁中應用 共振和核磁共振，以提高測量的靈敏度，這樣的協定是 使用 NV 中心在量子測量中進行調整。[7,128]

正在翻譯中..

結果 (繁體中文) 3:[復制]

復制成功！

5.3條。基於NV的生物系統納米感測器 基於負電荷NV的顯著性質 中心（NV-）在外場的影響下改變其光學性質，[121]在室溫下工作的超靈敏納米量子感測器的發展 基於這些中心正在進行中。儘管有深入的評論 關於這個主題[122–126]提供了詳盡的細節，在本節中，我們將 簡述NV量子性質的應用 允許他們詢問其財產的中心 以細胞生物學為重點的周邊環境 應用程序。[7126] 圖16a提供了電子設備的基本細節 NV中心的結構。接地和勵磁電子 負電荷NV中心的狀態是自旋三重態。 由於存在一個替代的非輻射通道 對於激發態的弛豫，ms=±1 更高的概率鬆弛通過黑暗 狀態（圖16a中的M）。囙此，光發射降低 當NV中心處於-1或+1狀態時 它處於0狀態。NV-center最基本的特點 當微波輻射 以特定頻率施加，對應於 缺陷的共振（在沒有 外部欄位）。在外場存在的情况下，共振頻率通過位移或分裂而改變 （圖16b）。囙此，缺陷的共振頻率 可通過光學管道讀取，囙此外部場擾動 引起共振頻率變化的因素可以量化，如溫度、磁場和分子 旋轉。囙此，螢光强度的差异允許 NV中心自旋狀態的光學讀出。[121] 在光學探測磁共振（ODMR）光譜學中，0，+1或-1態之間的能量差 （磁共振能量）可以通過掃描 微波能（在GHz範圍內）。當微波爐 能量處於共振狀態，例如，對應於 在0態的+1或-1態之間，PL强度 在ODMR譜中，與這些值相對應的 （圖16b）。基於ODMR的光譜學允許監測 各種外部内容。在外人面前 磁場，±1態的簡並度被 外磁場沿NV軸的應用 （塞曼分裂）。從光譜上看，外部 磁場是，+1的共振頻率 -1個狀態彼此分離（圖16b）。McGuinness等人[39]對 含NV中心移動的金剛石顆粒的旋轉 在一個活的海拉牢房裏。NV軸相對於恒定外磁場方向的排列變化 用脈衝序列科技進行探索，該科技允許在 毫秒時間刻度。潜在的應用包括瞭解細胞膜納米力學，以及 細胞環境，或在ATPase活性的10-100ms時間尺度上即時監測分子旋轉 使用一個由小的納米金剛石組成的探針 ATP合酶的F1部分。[39]顯然，光穩定性 在長達一小時的實驗中，NV中心的螢光是 非常重要。值得一提的是，在傳統的電子順磁中使用脈衝協定方法 共振和核磁共振提高了量測的靈敏度 適用於使用NV中心的量子量測。[7128]

正在翻譯中..

其它語言

本翻譯工具支援: 世界語, 中文, 丹麥文, 亞塞拜然文, 亞美尼亞文, 伊博文, 俄文, 保加利亞文, 信德文, 偵測語言, 優魯巴文, 克林貢語, 克羅埃西亞文, 冰島文, 加泰羅尼亞文, 加里西亞文, 匈牙利文, 南非柯薩文, 南非祖魯文, 卡納達文, 印尼巽他文, 印尼文, 印度古哈拉地文, 印度文, 吉爾吉斯文, 哈薩克文, 喬治亞文, 土庫曼文, 土耳其文, 塔吉克文, 塞爾維亞文, 夏威夷文, 奇切瓦文, 威爾斯文, 孟加拉文, 宿霧文, 寮文, 尼泊爾文, 巴斯克文, 布爾文, 希伯來文, 希臘文, 帕施圖文, 庫德文, 弗利然文, 德文, 意第緒文, 愛沙尼亞文, 愛爾蘭文, 拉丁文, 拉脫維亞文, 挪威文, 捷克文, 斯洛伐克文, 斯洛維尼亞文, 斯瓦希里文, 旁遮普文, 日文, 歐利亞文 (奧里雅文), 毛利文, 法文, 波士尼亞文, 波斯文, 波蘭文, 泰文, 泰盧固文, 泰米爾文, 海地克里奧文, 烏克蘭文, 烏爾都文, 烏茲別克文, 爪哇文, 瑞典文, 瑟索托文, 白俄羅斯文, 盧安達文, 盧森堡文, 科西嘉文, 立陶宛文, 索馬里文, 紹納文, 維吾爾文, 緬甸文, 繁體中文, 羅馬尼亞文, 義大利文, 芬蘭文, 苗文, 英文, 荷蘭文, 菲律賓文, 葡萄牙文, 蒙古文, 薩摩亞文, 蘇格蘭的蓋爾文, 西班牙文, 豪沙文, 越南文, 錫蘭文, 阿姆哈拉文, 阿拉伯文, 阿爾巴尼亞文, 韃靼文, 韓文, 馬來文, 馬其頓文, 馬拉加斯文, 馬拉地文, 馬拉雅拉姆文, 馬耳他文, 高棉文, 等語言的翻譯.