由量子物理學家Markus Arndt(維也納大學)領導的國際研究團隊在蛋白質離子檢測方面取得突破：超導納米線探測器由于其高能量靈敏度，實現了幾乎100%的量子效率，超過了傳統離子的檢測效率低能量探測器的性能提高了 1,000 倍。與傳統探測器相比，它們還可以通過沖擊能量來區分大分子。這允許更靈敏地檢測蛋白質，并提供質譜分析中的附加信息。這項研究的結果最近發表在《科學進展》雜志上。

大分子的檢測、識別和分析在生命科學的許多領域都很有趣，包括蛋白質研究、診斷和分析。質譜法通常用作檢測系統——一種通常根據帶電粒子(離子)的質荷比分離帶電粒子(離子)并測量檢測器產生的信號強度的方法。這提供了有關不同類型離子的相對豐度的信息，從而提供了樣品組成的信息。然而，傳統探測器只能對具有高沖擊能量的粒子實現高探測效率和空間分辨率——這一限制現已被使用超導納米線探測器的國際研究團隊克服。

低能粒子的聯合力量

在當前的研究中，由維也納大學與代爾夫特(單量子)、洛桑(洛桑)(洛桑)、阿爾梅勒(MSVision)和巴塞爾(大學)合作伙伴協調的歐洲聯盟首次展示了超導納米線的使用所謂的四極桿質譜中蛋白質束的優秀檢測器。待分析樣品中的離子被送入四極桿質譜儀并進行過濾。“如果我們現在使用超導納米線而不是傳統探測器，我們甚至可以識別以低動能撞擊探測器的粒子，”維也納大學物理學院量子納米物理小組的項目負責人馬庫斯·阿恩特 (Markus Arndt) 解釋道。這是通過納米線探測器的特殊材料特性(超導性)實現的。

借助超導技術實現這一目標

這種檢測方法的關鍵是納米線在非常低的溫度下進入超導狀態，在這種狀態下它們失去電阻并允許無損電流流動。進入離子對超導納米線的激發導致返回到正常導電狀態(量子躍遷)。在此轉變期間納米線電特性的變化被解釋為檢測信號。“通過我們使用的納米線探測器，”第一作者 Marcel Strauß 說，“我們利用了從超導到正常導電狀態的量子躍遷，因此可以比傳統離子探測器高出三個數量級。” 事實上，納米線探測器在極低的沖擊能量下具有顯著的量子產率，并重新定義了傳統探測器的可能性：“此外，配備這種量子傳感器的質譜儀不僅可以根據分子的質量到電荷狀態來區分分子，還可以“還可以根據它們的動能對它們進行分類。這改進了檢測并提供了獲得更好空間分辨率的可能性，”Marcel Strauß 說。納米線探測器可以在質譜、分子光譜、分子偏轉或分子量子干涉測量中找到新的應用，這些領域需要高效率和良好的分辨率，特別是在低沖擊能量下。

團隊與資金

Single Quantum 引領超導納米線探測器的研究，洛桑聯邦理工學院的專家提供超冷電子學，MSVISION 是質譜專家，巴塞爾大學的專家負責化學合成和蛋白質功能化。維也納大學將所有組件與其在量子光學、分子束和超導性方面的專業知識結合在一起。

這項工作由歐盟委員會資助，作為 SuperMaMa 項目 (860713) 的一部分，該項目致力于研究用于質譜和分子分析的超導探測器。戈登和貝蒂摩爾基金會 (10771) 的資助有助于對修飾蛋白質的分析。

有關圖 1 的更多信息：維也納大學 SuperMaMa 實驗室視圖。前景：經過改造的串聯質譜儀。前面的光學臺上：帶有3.7開爾文制冷機的超高真空室。懸掛的鍍金插件是輻射屏蔽，超導納米線探測器安裝在其后面。當關閉時，蛋白質通過鍍金屏蔽上的幾毫米??孔通過環形電極聚焦到檢測器上。背景：脈沖高功率激光，用于用可見光和紫外光光裂解標記的蛋白質。