2026年3月24日——印度科学研究所（IISc）的研究人员开发出一种新技术，可利用磁性微型机器人精确操控量子传感器穿越高粘性生物环境（如活细胞内部）。这为实时、微创测量细胞内局部粘度和温度等参数提供了可能。

细胞具有黏软特性。由于粘滞阻力的存在，量子传感器等纳米级微粒难以在细胞内自由移动，导致检测面临挑战。“在柔软环境中，测量精度受限于分析物接近传感器的概率。因此我们思考能否主动让传感器靠近分析物进行探测，”该研究通讯作者、IISc纳米科学与工程中心（CeNSE）Ambarish Ghosh教授解释道。这项成果已发表在《先进功能材料》期刊。

该团队将含有氮空位（NV）缺陷的纳米金刚石量子传感器与磁控微型机器人相结合。NV缺陷是指金刚石晶格中碳原子被氮原子取代并伴随相邻空位的特殊结构，其电子量子自旋状态会随周围环境的温度、磁场等物理参数发生可测量的特异性变化。当激光激发纳米金刚石时，产生的荧光可用于测量细胞内多种参数。真正的挑战在于如何将传感器精准送达目标位置。此前采用的光镊技术虽能操控纳米金刚石，但强激光可能灼伤细胞。

研究团队的解决方案是将纳米金刚石附着在磁控微型机器人上，使其像开瓶器般在粘稠液体中螺旋前进。微型机器人含铁材质，在外部旋转磁场作用下会产生同步旋转。凭借螺旋结构设计，这种旋转被转化为向前的线性运动，从而实现了无需光控的三维精准导航。测量时仅需使用荧光激发所需的光照，大幅降低了光毒性和热损伤风险。

在纳米尺度上还存在布朗运动问题：周围分子的随机热碰撞会导致传感器方向漂移，增加信号噪声并降低灵敏度。但通过磁场精确控制微型机器人的朝向，研究人员成功稳定了纳米金刚石方位，有效抑制噪声并获取清晰信号。

“我们通过磁控手段克服了布朗运动的干扰。这使该平台比光学等技术更具应用前景，”Ghosh强调道。

在传感器设计中，团队需确保纳米金刚石与磁性驱动部件互不干扰。“这颇具挑战性，因为传感器本身可能受磁性元件影响，”研究第一作者、CeNSE研究员Eklavy Vashist指出。最终解决方案是将纳米金刚石置于距微型机器人铁质头部约1微米处，该位置驱动磁场对传感器的影响可忽略不计。

Ghosh补充说：“该传感器还能用于活细胞内巡视检测，例如测量与癌症和衰老密切相关的活性氧簇（ROS）。”