#健闻登顶计划# 【值得关注】为何“量子蛋白”或将成为生物学的下一个重大风口？国际科学权威杂志《自然》撰写新闻专栏，介绍这个“魔幻”故事的演变。我对“量子”这个词历来恐惧，总想起薛定谔的猫，觉得虚无缥缈。但反复阅读，还是决定选择重要内容，以飨读者。

水晶水母能发出幽幽绿光，正是源于体内一种天然荧光蛋白。几十年来，这类分子已成为生物学研究的“标配工具”，帮助科学家追踪细胞内的生命活动。如今，这些常用标记物迎来一次关键升级：研究人员正利用其量子特性，把它改造为生物体内的量子传感器。

芝加哥大学量子工程师彼得・莫雷尔表示，这些广泛使用的荧光蛋白，其实可以被改造成量子比特（qubit）。这一想法听起来像科幻小说，但物理原理早已成熟，且已在原理上得到验证。

目前，荧光蛋白标记是全球生物实验室的核心工具，可追踪靶蛋白的位置、监测细胞环境、验证药物靶点。但传统荧光蛋白灵敏度有限，也无法探测磁场。加入量子特性后，它将成为一种超高灵敏度传感器，能捕捉神经元放电、离子流动的微弱信号，甚至检出提示细胞应激或癌症早期迹象的微量自由基。人类还能远程控制这类传感器，为新型成像与精准治疗提供可能。

量子生物传感正成为全球热点。尽管仍处于早期阶段，但研发门槛并不高：部分可用蛋白已是成熟产品，所需设备也为常规仪器。业内专家普遍认为，这一领域不再是“不可能实现”的幻想，而是即将走向应用的前沿方向。

在此之前，最成熟的量子传感器是氮空位钻石（NV diamond）。它灵敏度极高、室温稳定，已被用于物理、材料等领域。但在生物体系中，钻石传感器体积过大，约为蛋白质的十倍，难以精准进入细胞内部。相比之下，荧光蛋白体积微小，可通过基因工程在细胞内定点 “生成”，直接贴附在研究目标旁，这一优势极具吸引力。

十年前，芝加哥量子研究所便开始探索可作为量子比特的分子。2020年，他们成功让合成有机金属分子表现出量子比特特性，随后转向可进入细胞的生物分子，并锁定了成熟的增强型黄色荧光蛋白（EYFP）。

从物理结构看，这种荧光蛋白的电子能级与现有量子比特十分相似。被激光激发后，其电子偶尔会进入一种不发光的三重态。过去，研究者讨厌这一现象，因为它会让荧光变暗；而在量子研究中，这却是关键！三重态可实现自旋的量子叠加，正是量子传感器的核心原理。通过激光与微波，成功将荧光蛋白置入量子叠加态。

实验显示，其荧光强度会受磁场影响，变化幅度约30%，并已在室温活细菌中验证有效。

当然，量子蛋白仍面临挑战：荧光蛋白易被光照降解，灵敏度仍需提升。研究者正反向改造蛋白，让其更长时间停留在三重态，同时探索其对 pH、温度等环境信号的检测能力。

对于神经科学等领域而言，量子蛋白的意义尤为重大。神经元放电产生的动作电位极其微弱，现有探针难以稳定、精准地记录。量子蛋白有望成为细胞级、非侵入式的电磁场指示器，为脑科学、癫痫、神经退行性疾病研究提供全新工具。

从基础生物学到临床医学，量子蛋白不再是遥远的概念。它兼具量子技术的超高灵敏度与生物蛋白的兼容性，有望让疾病更早被发现、让治疗更精准、让大脑的奥秘被更清晰地解读，成为下一代生物医学研究的核心工具。