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单分子水平的生物分子相互作用研究已成为生命科学的关键领域，主要通过光学、机械和电化学方法实现。生物系统中广泛存在的自旋特性为检测此类相互作用提供了独特的自由度。然而，先前研究多局限于自旋自由度的系综层面检测。该研究团队基于金刚石氮-空位（NV）中心量子传感器的弛豫测量技术，开发了一种逼近单分子水平的分子相互作用分析方法。实验采用经聚乙烯亚胺纳米凝胶层功能化优化的金刚石表面，将蛋白质平均距离缩短至约10纳米并缓解界面位阻效应。该团队分别在微米尺度与纳米尺度上检测了链霉亲和素与自旋标记生物素复合物的强相互作用，以及牛血清白蛋白与生物素复合物的弱相互作用。在利用系综NV中心进行微米级测量时，研究人员重新审视了常被忽视的快速弛豫组分，提出弛豫速率评估新方法，显著提升了检测灵敏度。更进一步，该工作利用单NV中心实现了逼近单分子水平的纳米级检测。该方法有望应用于单分子水平的分子筛选、鉴定及动力学研究，为揭示分子功能与活性机制提供重要突破口。