S-au creat senzori de nanodiamond care pot acționa atât surse de căldură, cât și termometre

(a) Ilustrația structurii unui senzor cuantic nanodiamond acoperit cu un polimer pirogen și modul în care acesta funcționează ca un încălzitor / termometru hibrid nano. (b) Imagine cu microscop electronic cu senzor hibrid. (c) Principiul de funcționare al senzorului hibrid pentru măsurarea conductivității termice nanometrice. Într-un mediu cu conductivitate termică ridicată, creșterea temperaturii senzorului de diamant este moderată, deoarece căldura este ușor dispersată. În schimb, într-un mediu cu conductivitate termică scăzută, creșterea temperaturii este semnificativ mai mare. Conductivitatea termică intracelulară poate fi determinată prin măsurarea schimbării temperaturii senzorilor hibrizi din celule. Credit: Universitatea Osaka

O echipă internațională de cercetători a dezvoltat senzori de nanodiamond care pot acționa ca surse de căldură și termometre și le folosește pentru a măsura conductivitatea termică în interiorul celulelor vii, ceea ce ar putea duce la noi instrumente de diagnostic și terapii împotriva cancerului.

echipa de oameni de știință de la Universitatea Osaka, Universitatea din Queensland și Facultatea de Inginerie a Universității Naționale din Singapore au folosit nanodiamante mici acoperite cu un polimer care eliberează căldură pentru a investiga proprietățile termice ale celulelor. Când sunt iradiați cu lumina de la un laser, senzorii acționează atât ca un încălzitor, cât și ca un termometru, permițând calcularea conductivității termice interne a unei celule. Această lucrare ar putea duce la un nou set de tratamente pe bază de căldură pentru uciderea bacteriilor sau a celulelor canceroase.

Deși celula este unitatea de bază a tuturor organismelor vii, unele proprietăți fizice au rămas dificil de studiat. in vivo. De exemplu, conductivitatea termică a unei celule, precum și viteza cu care căldura poate curge printr-un obiect dacă o parte este fierbinte în timp ce cealaltă parte este rece, au rămas misterioase. Această lacună din cunoștințele noastre este importantă pentru aplicații precum dezvoltarea de terapii termice care vizează celulele canceroase și pentru a răspunde la întrebări de bază despre funcția celulelor.

HeLa Cell cu un senzor hibrid în interior

(a) Creșterile de temperatură sunt observate cu senzori hibrizi în aer, apă, ulei și în interiorul celulei. Aceste rezultate sunt în concordanță cu ideea că creșteri de temperatură mai mari apar la solvenții cu conductivitate termică mai mică. Valorile literaturii pentru conductivitatea termică a aerului, apei și uleiului sunt respectiv 0,026, 0,61 și 0,135 W / m * K. (b) Imagine microscopică a câmpului luminos al unei celule HeLa cu un senzor hibrid în interior. Credit: Universitatea Osaka

Acum, echipa a dezvoltat o tehnică care poate determina conductivitatea termică în interiorul celulelor vii cu o rezoluție spațială de aproximativ 200 nm. Au creat mici diamante acoperite cu un polimer, polidopamină, care emit lumină fluorescentă, precum și căldură atunci când sunt iluminate de un laser. Experimentele au arătat că astfel de particule nu sunt toxice și pot fi utilizate în celulele vii. Când se află într-un lichid sau celulă, căldura ridică temperatura nanodiamondului. În medii cu conductivitate termică ridicată, nanodiamantele nu s-au încălzit prea mult, deoarece căldura a scăpat rapid, dar într-un mediu cu conductivitate termică scăzută, nanodiamantele au devenit mai calde. În esență, proprietățile luminii emise depind de temperatură, astfel încât echipa de cercetare poate calcula rata fluxului de căldură de la senzor la mediu.

O rezoluție spațială bună a permis măsurători în diferite locații din interiorul celulelor. “Am constatat că rata de difuzie a căldurii în celule, măsurată prin nanosenzori hibrizi, a fost de câteva ori mai lentă decât în ​​apa pură, un rezultat interesant care așteaptă încă o explicație teoretică cuprinzătoare și a depins de locație”, bătrânul Taras spune Plakhotnik.

“Pe lângă îmbunătățirea tratamentelor pe bază de căldură pentru cancer, credem că aplicațiile potențiale pentru această lucrare vor avea ca rezultat o mai bună înțelegere a tulburărilor metabolice, cum ar fi supraponderalitatea”, spune autorul senior Madoka Suzuki. Acest instrument poate fi utilizat și pentru cercetarea celulară de bază, de exemplu, pentru a monitoriza reacțiile biochimice în timp real.

Referință: “In situ măsurători ale conductivității termice intracelulare utilizând nanosenzori de diamant termometru hibrid de încălzire ”15 ianuarie 2021, Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd7888

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.