量子传感器对微弱磁场的超高灵敏度使其成为纳米尺度生命信号读取的关键工具。疾病早期筛查、细胞代谢监测、自由基反应追踪等应用中，若能在活体环境下稳定获取磁信号，将为精准医学打开新的观测维度。但量子探测从实验室走向临床应用长期面临工程难题：传感器在复杂生物体系中易出现信号背景升高、热效应、稳定性下降等问题，灵敏度难以发挥。 目前应用最广的金刚石氮—空位色心量子传感器虽可在室温工作，但通常依赖532纳米绿光激发。该波段在生物组织中穿透深度有限，易被水和有机分子吸收，诱发组织自发荧光与局部升温，产生额外噪声。同时，固态量子器件普遍存在表面态与缺陷引起的退相干、荧光闪烁等问题，与生物溶液耦合时更为突出，成为限制长期稳定运行的关键因素。 这些瓶颈直接制约量子传感的生物医学应用。背景噪声和热效应削弱了信号可分辨性，器件稳定性不足导致测量结果漂移，难以满足生物实验对可重复性和持续观测的要求。若不能在材料、激发波段与界面工程上形成系统解决方案，量子传感难以从概念验证迈向可用平台。 针对这些问题，研究团队将材料转向产业链更成熟的碳化硅体系，通过分子层级界面工程提出解决方案：采用低温烯烃分子化学修饰，在碳化硅表面构建有机碳链保护层。这一保护层可降低表面陷阱态对色心量子比特的扰动，抑制界面电荷波动引起的退相干，同时维持材料电学结构稳定，减轻荧光闪烁现象。研究表明，该方法显著改善了量子比特相干特性与光学稳定性，使器件在室温条件下运行更稳定。 更重要的是，基于这一方案搭建的量子传感平台，其激发与射波段落在近红外生物窗口范围内，具备组织吸收低、背景荧光低的优势，有利于在复杂生物体系中开展非侵入式磁场信号探测。同时平台对局部电子自旋噪声保持高度敏感，可为识别微观磁性变化提供新的技术手段。这一思路实现了从材料与波段优化到界面与器件稳定的协同，为量子传感适配真实生物环境提供了可操作方案。 业内认为，量子传感走向生物医学应用的核心在于两条路径：提升灵敏度与空间分辨率，提高在生物体系中的可用性与稳定性。此次成果通过界面分子工程提升室温稳定运行能力，并将工作波段推向近红外生物窗口，为两条路径的统一提供了示范。随着工艺优化与系统集成推进，涉及的技术有望在量子核磁共振探测、单分子磁共振成像、自由基检测等方向拓展应用，更服务于细胞层面病变的实时监测、体内药物作用路径追踪等需求。碳化硅作为宽禁带半导体的重要代表，具备产业化基础与器件加工优势，若能在界面工程与缺陷调控上形成标准化工艺，将推动量子器件从科研样机向可规模化平台演进。
量子技术从基础研究走向实际应用需要跨越众多技术难关。这次突破反映了我国科研工作者在关键领域的创新能力。通过学科交叉融合和国际合作，我们正在将前沿科学转化为实际应用工具。随着这个技术的优化，量子传感有望在医学诊断、疾病预防等领域发挥重要作用，为生命健康提供更精准有效的科技支撑。