血液中の微量な病気のサインを、高い信頼性で捉える量子センサの量産化へ ~ナノダイヤモンドの個体差を約4分の1に抑え、量子信号も55%向上~

2026-10-07 量子科学技術研究開発機構,千葉大学,東京科学大学,京都大学,株式会社Type-I Technologies

量子科学技術研究開発機構(QST)などは、ナノダイヤモンド量子センサの製造法を改良し、粒子ごとの性能ばらつきを従来の約4分の1に抑えながら、量子センサ信号強度を55%向上させた。従来はダイヤモンドを先にナノサイズへ機械的に破砕するため、傷やひずみが粒子ごとの特性差を生んでいた。新手法では、まず比較的大きな高品質ダイヤモンドにNVセンターを形成し、その後、熱酸化によって表面を徐々に除去し、結晶性の高い中心部をナノサイズ化する。実際にHeLa細胞内の温度計測を行い、温度読み出しの不確かさを約0.7℃まで低減した。これにより、細胞内温度計測や血液中の疾患関連分子を検出する「量子リキッドバイオプシー」の再現性・信頼性向上と、量子センサのバッチ生産・量産化への道が開かれた。

血液中の微量な病気のサインを、高い信頼性で捉える量子センサの量産化へ ~ナノダイヤモンドの個体差を約4分の1に抑え、量子信号も55%向上~

<関連情報>

再現性のある細胞内温度測定のためのスピン均一ナノダイヤモンド量子センサー Spin-Uniform Nanodiamond Quantum Sensors for Reproducible Intracellular Thermometry

Chihiro Suzuki;Tamami Yanagi;Risa Ujiie;Masanori Fujiwara;Izuru Ohki;Hiroshi Abe;Shinobu Onoda;Takeshi Ohshima;Norikazu Mizuochi;Kiichi Kaminaga;Ryuji Igarashi

ACS Nanoscience Au  Published:October 06, 2026

DOI:https://doi.org/10.1021/acsnanoscienceau.6c00068

Abstract

Nanodiamond quantum sensors have been regarded as promising probes for cellular thermometry, but their poor sensor-to-sensor reproducibility has hindered practical implementation. In cellular measurements, the resulting temperature-readout offsets can be mistaken for real cell-to-cell temperature differences, limiting quantitative comparison. Here, we show that spin-uniform nitrogen vacancy (NV)-rich nanodiamonds can be produced via postenrichment oxidative size reduction, which removes defective surface layers while improving crystallinity. Compared with nanodiamonds prepared by conventional mechanical milling before NV enrichment, the particle-to-particle spread in the temperature-sensitive D values was reduced by 3.7-fold. The improved NV homogeneity also enhanced spin properties: the optically detected magnetic resonance contrast─a key signal amplitude for sensitivity─increased by more than 50%. Together, these improvements reduce cell-to-cell dispersion in D-derived single-cell temperature readouts to below 0.7 K, enabling reliable temperature comparison across cells. This approach advances nanodiamond absolute thermometry toward organelle-scale intracellular temperature mapping and practical quantum sensing in biology and medicine.

0403電子応用
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