1 月 25 日消息，牛津大学工程科学系领衔的一项研究首次证明，可以在蛋白质内部设计量子力学过程，这为开创一类新型量子增强生物技术打开了大门。相关成果已于 1 月 21 日发表在《自然》上。
研究中，研究人员创造了一类名为“磁敏感荧光蛋白”（magneto-sensitive fluorescent proteins，简称 MFPs）的新型生物分子。
这种蛋白能够与磁场和无线电波相互作用，其机制源于蛋白质内部的量子力学相互作用，并在特定波长光照条件下被激活。
尽管量子效应已被证实在部分生物过程中发挥关键作用，例如鸟类依赖地磁场进行导航。但该研究是首次通过工程化手段，主动设计量子效应以形成可应用的新型技术体系，标志着从“观察自然中的量子现象”向“为实际用途设计量子机制”的重要转变。
研究人员已在探索这些技术在生物医学中的应用。在研究过程中，团队开发了一套原型成像设备，其工作原理与医院中广泛使用的磁共振成像（MRI）类似，可用于定位这些工程化蛋白。不同之处在于，该技术有望在活体内追踪特定分子或基因表达情况，这类测量对于靶向药物递送以及肿瘤内部遗传变化监测等医学问题具有重要意义。
在工程化蛋白的生成过程中，研究人员采用了一种名为“定向进化”的生物工程技术。该方法通过在编码蛋白的 DNA 序列中引入随机突变，生成成千上万种性质各异的蛋白变体，并从中筛选性能更优的版本。经过多轮重复筛选和进化后，最终获得的蛋白对磁场的敏感性显著提升。
研究团队表示，这一突破得益于高度跨学科的研究路径，整合了工程生物学、量子科学和人工智能等多个领域。研究人员认为，这是首次利用三者交叉融合来创造一种全新技术。
该论文的第一作者、工程科学系博士生加布里埃尔 · 亚伯拉罕斯（Gabriel Abrahams）表示，这项研究是一项“极其令人振奋的发现”。“最让我惊叹的是进化的力量：我们尚不知道如何从零开始设计一个真正优秀的生物量子传感器，但通过在细菌中精心引导进化过程，自然为我们找到了一条道路。”
该研究的通讯作者、工程科学系副教授哈里森 · 斯蒂尔（Harrison Steel）表示：“我们的研究突显了从基础科学到技术突破的道路是多么难以预测且曲折。例如，我们对磁敏感荧光蛋白内部量子过程的理解，只有得益于那些花费数十年研究鸟类如何利用地球磁场导航的专家才得以解锁。同时，作为工程化 MFPs 起点的蛋白质，最初竟来源于普通燕麦！”
斯蒂尔还表示：“我们非常感谢对我们工作的支持者，特别是英国工程与物理科学研究委员会 EEBio 计划项目的资助，这对于我们实现跨学科愿景，在同一个实验室里将生物工程与机器人技术、控制算法和人工智能相结合，起到了至关重要的作用。”
在此项目成功之后，该团队正加速工作，以实现其发现的诸多应用，并作为牛津大学化学系近期牵头的一项大型 BBSRC 项目的一部分，进一步加深对自然界量子效应的理解。
附论文地址：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09971-3
