很多人都知道我主要是写物理。我对人类生物学的了解仅限于合理地确定我有一个身体。有一次，我的一些研究可能有医学应用，但它涉及疾病，这是我没有的知识。最近一篇关于使用量子效应来改善医学诊断的论文让我回忆起那些宁静的日子，尽管我仍然不了解疾病。

我所知道的一件事是，通常最好早期诊断出疾病。服用避孕药和让肝脏装饰外科医生的器械可能有所不同。这意味着您的医生需要一种廉价而有效的方法来确定您是否患有这种疾病。希望物理学家 - 甚至可能是一些物理学 - 可以发挥作用。

大多数疾病释放蛋白质或其他分子来发出问题。如果您有足够灵敏的探测器，那么您可以提取这些信号并尽早发现潜在问题。挑战在于，几乎所有这类测试都是浓度敏感的：也就是说，如果分子不多，信号就会变弱，测试就会产生假阴性。

这是一组研究人员决定量子力学得出答案的地方。实际上，研究人员还进一步将等离子体与量子力学相结合，构建了一个理想的探测器，理论上可以拾取单个分子的信号。

闪亮的等离子体

为了克服灵敏度问题，我们经常使用技术来放大微弱信号。表面等离子体共振一直被认为是非常好的。事实上，它们甚至用于妊娠试验，以预测未决的父母身份。

等离子体激元基本上是光波和彼此馈电的电子。光波由在时间和空间上振荡的电场组成。当该场遇到金属时，电子被驱动以随电场振荡。这会产生一个与原始光波相对的新光波。

然而，如果金属只是一个非常小的球体，小于约100nm(纳米是十亿分之一米)，那么电子就不能走得很远。光波在一个方向上推动电子，在那里它们堆积在金属边缘，使另一边缘上的正核暴露出来。这会产生一个大的反电场，将电子拉回来。

这个过程就像推动秋千一样。如果光波以完全正确的速率推动电子，那么金属内部的电子堆积和拉回会积聚，从进入的光场吸收能量。电子通过发光来放弃这种能量，在黑暗的背景下明亮地发光。一个微小的金属球支持红外光的等离子共振，当被绿光照射时将是看不见的，但在红光下会发出明亮的光：等离子体共振使看不见的物体看不见。

要将等离子体变成探测器，基本思想是让它们改变它们共振的光的颜色。这通常通过将金属球体靠近在一起来完成。每个球体中的电子仍然来回晃动，但相邻的球体正在做同样的事情，他们必须选择适合两者的频率。结果是，与只有一个球体相比，激发共振所需的光的颜色发生了显着的变化。而且，更重要的是，颜色偏移取决于两个球体之间的材料。

因此，在球体之间放水将导致转变为一种颜色; 如果我们想要检测的一些蛋白质溶解在水中，那么转移将是不同的颜色。这些类型的探测器工作得很好，但是，随着蛋白质含量的下降，颜色变化变小。

闪光分子

为了克服敏感性问题，研究人员提出使用等离子体增强和发光分子的组合。在此过程中，您要检测的蛋白质与分子结合，该分子将发出与等离子体相同颜色的光。

等离子体和发射器的辉光相互影响。基本上，如果一个人兴奋，它会愉快地将能量转移到另一个，然后定期再次将其恢复。这种称为Rabi振荡的连续交换是如此迅速并且诱导如此强的电场以改变分子的发射颜色。在这样做时，分子和等离子体都不能以其自然颜色发射 - 相反，它们发出更红和更蓝的光。

色移并不取决于存在多少分子 - 单个分子产生与10或1,000个分子相同的移位。因此，实现了一种二元检测器。

Plasmon医疗事故

我觉得这很酷，但也忽略了这一点。我们已经有显微镜可以检测单个蛋白质，如果你附加一个发光的分子。不仅如此，蛋白质不会像我们希望的那样具体结合。最终的结果是随机的其他蛋白质附着在你的发光分子上，当目标蛋白质浓度低时，这些蛋白质将占主导地位。

最后，我们得出隐藏的技术问题。如果发射器和等离子体激元耦合，则探测器工作。这意味着发射器更愿意将其能量提供给等离子体激元而不是其他任何东西。而且，同样地，等离子体将更多地转移到发射器而不是其他任何东西。通常，这需要非常仔细的设置，具有高反射镜和大分子特征。这些要求与廉价和简单相反。

不过，我仍然喜欢这项工作。除了是一个很好的计算，显示了一些有趣的可能性，有很多应用程序。它甚至可能最终作为高端诊断系统进入医院。不过，它不会最终进入你的医生办公室。