由量子物理学家Markus Arndt(维也纳大学)领导的国际研究团队在蛋白质离子检测方面取得突破：超导纳米线探测器由于其高能量灵敏度，实现了几乎100%的量子效率，超过了传统离子的检测效率低能量探测器的性能提高了 1,000 倍。与传统探测器相比，它们还可以通过冲击能量来区分大分子。这允许更灵敏地检测蛋白质，并提供质谱分析中的附加信息。这项研究的结果最近发表在《科学进展》杂志上。
大分子的检测、识别和分析在生命科学的许多领域都很有趣，包括蛋白质研究、诊断和分析。质谱法通常用作检测系统——一种通常根据带电粒子(离子)的质荷比分离带电粒子(离子)并测量检测器产生的信号强度的方法。这提供了有关不同类型离子的相对丰度的信息，从而提供了样品组成的信息。然而，传统探测器只能对具有高冲击能量的粒子实现高探测效率和空间分辨率——这一限制现已被使用超导纳米线探测器的国际研究团队克服。
低能粒子的联合力量
在当前的研究中，由维也纳大学与代尔夫特(单量子)、洛桑(洛桑)(洛桑)、阿尔梅勒(MSVision)和巴塞尔(大学)合作伙伴协调的欧洲联盟首次展示了超导纳米线的使用所谓的四极杆质谱中蛋白质束的优秀检测器。待分析样品中的离子被送入四极杆质谱仪并进行过滤。“如果我们现在使用超导纳米线而不是传统探测器，我们甚至可以识别以低动能撞击探测器的粒子，”维也纳大学物理学院量子纳米物理小组的项目负责人马库斯·阿恩特 (Markus Arndt) 解释道。这是通过纳米线探测器的特殊材料特性(超导性)实现的。
借助超导技术实现这一目标
这种检测方法的关键是纳米线在非常低的温度下进入超导状态，在这种状态下它们失去电阻并允许无损电流流动。进入离子对超导纳米线的激发导致返回到正常导电状态(量子跃迁)。在此转变期间纳米线电特性的变化被解释为检测信号。“通过我们使用的纳米线探测器，”第一作者 Marcel Strauß 说，“我们利用了从超导到正常导电状态的量子跃迁，因此可以比传统离子探测器高出三个数量级。” 事实上，纳米线探测器在极低的冲击能量下具有显着的量子产率，并重新定义了传统探测器的可能性：“此外，配备这种量子传感器的质谱仪不仅可以根据分子的质量到电荷状态来区分分子，还可以“还可以根据它们的动能对它们进行分类。这改进了检测并提供了获得更好空间分辨率的可能性，”Marcel Strauß 说。纳米线探测器可以在质谱、分子光谱、分子偏转或分子量子干涉测量中找到新的应用，这些领域需要高效率和良好的分辨率，特别是在低冲击能量下。
团队与资金
Single Quantum 引领超导纳米线探测器的研究，洛桑联邦理工学院的专家提供超冷电子学，MSVISION 是质谱专家，巴塞尔大学的专家负责化学合成和蛋白质功能化。维也纳大学将所有组件与其在量子光学、分子束和超导性方面的专业知识结合在一起。
这项工作由欧盟委员会资助，作为 SuperMaMa 项目 (860713) 的一部分，该项目致力于研究用于质谱和分子分析的超导探测器。戈登和贝蒂摩尔基金会 (10771) 的资助有助于对修饰蛋白质的分析。
有关图 1 的更多信息：维也纳大学 SuperMaMa 实验室视图。前景：经过改造的串联质谱仪。前面的光学台上：带有3.7开尔文制冷机的超高真空室。悬挂的镀金插件是辐射屏蔽，超导纳米线探测器安装在其后面。当关闭时，蛋白质通过镀金屏蔽上的几毫米孔通过环形电极聚焦到检测器上。背景：脉冲高功率激光，用于用可见光和紫外光光裂解标记的蛋白质。
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