Nature重磅：量子生物学重大突破

　　来源：一直奇怪

　　2026 年 3 月 18 日，斯坦福大学的研究人员在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为：Magnetic resonance control of spin-correlated radical pair dynamics in vivo 的研究论文。

　　该研究首次在活体多细胞动物中利用磁共振技术精准调控自旋相关自由基对（SCRP）的动力学过程，成功架起量子物理学与生物学之间的桥梁，为生物分子过程的远程、非侵入式操控开辟了全新路径。

　　长期以来，科学家们一直好奇微弱磁场如何影响生命系统，候鸟迁徙时如何借助地球磁场导航数千公里，这些自然现象背后，始终隐藏着量子力学的神秘密码。自旋相关自由基对（SCRP）作为一类特殊的分子实体，由两个带有未配对电子的自由基组成，其电子自旋状态存在量子相干叠加特性，使得这类自由基对的反应路径对外部磁场具有极高的敏感性。

　　此前，磁场对SCRP的调控研究仅局限于体外实验或分离生物分子层面，如何在复杂的活体多细胞生物体内构建工程化的量子敏感系统，并实现精准调控，一直是困扰该领域科学家的核心难题。

　　本次研究由斯坦福大学多学科团队合作完成，研究人员来自物理系、化学系、电气工程系、生物系、结构生物学系等多个领域，还联合了SLAC国家加速器实验室及Calico生命科学公司的科研人员，形成了跨学科的研究合力。研究团队以秀丽隐杆线虫为实验模型，通过基因工程手段，构建了一套基于红色荧光蛋白（RFP）与黄素辅因子的工程化系统，成功实现了活体动物内SCRP动力学的磁共振调控。

　　实验设计的核心的是构建具有磁场响应特性的生物传感器。研究团队选择红色荧光蛋白（尤其是mScarlet型号）作为报告分子，这类蛋白是生物学研究中常用的“明星工具”，其发光强度可直接反映分子反应的动态变化；同时选用细胞内天然存在的黄素辅因子作为配对分子，黄素的未配对电子可与红色荧光蛋白中的特定氨基酸残基形成自旋相关自由基对。当受到光照激发时，这两种分子会形成量子纠缠的“自由基对双胞胎”，其自旋状态的变化会直接影响红色荧光蛋白的发光效率，为研究人员提供了可视化的观测指标。

　　利用射频磁场对荧光蛋白:黄素系统中红色荧光蛋白的荧光进行调控

　　为了实现对活体动物内SCRP的精准调控，研究团队设计了一套精密的磁共振实验装置。该装置由两组亥姆霍兹线圈和一个环形谐振器组成，前者用于产生稳定的静态磁场，后者则产生频率约450 MHz的射频磁场，两者协同作用，构成了一套可精准调控的量子“遥控器”。研究人员通过宽场荧光成像技术，实时监测秀丽隐杆线虫体内红色荧光蛋白的发光强度变化，以此追踪SCRP的量子状态和化学反应产率。

　　实验结果取得了令人振奋的突破：当施加合适强度的静态磁场时，线虫体内红色荧光蛋白的发光强度下降了约6%；而当在静态磁场基础上叠加特定频率的射频磁场时，发光强度又会显著回升，且这种变化精准发生在电子自旋共振频率附近，完全符合量子理论预测。更重要的是，研究人员检测到，这些自由基对的量子相干时间超过4纳秒——在室温、潮湿且复杂的生物体内，量子相干现象曾被认为过于脆弱而无法持续，这一发现彻底打破了传统认知，证明了量子效应在活体生物系统中不仅可以存在，还能被精准控制和利用。

　　研究中还发现了一个具有重要意义的现象：磁场对SCRP的调控效果在不同组织中存在差异，其中在肠道组织中观察到的效应最强，而在神经元组织中相对较弱。这一差异可能与不同组织中黄素辅因子的浓度不同有关，也反映了不同组织微环境的氧化还原状态对量子过程的影响，为未来实现组织特异性的量子调控提供了重要线索。

　　该研究不仅验证了量子效应在复杂生物体内的可操控性，更搭建起量子技术与生命系统之间的桥梁，为后续开发变革性的生物医学技术提供了全新思路。