Få diamanter, måle temperatur:Kvantetermometer, der bruger nanodiamanter, registrerer feber i bittesmå orme C. elegans

Et team fra Osaka City University, i samarbejde med andre internationale partnere, har påvist en pålidelig, præcis, mikroskopbaseret termometer ved hjælp af kvanteteknologi, der måler temperaturen for mikroskopiske dyr. Teknologien registrerer temperaturafhængige egenskaber ved kvantespind i fluorescerende nanodiamanter.

Forskningen er publiceret i Videnskabens fremskridt .

Det optiske mikroskop er et af de mest grundlæggende værktøjer til analyse i biologi, bruge synligt lys til at observere mikroskopiske strukturer direkte. I det moderne laboratorium, fluorescensmikroskopi, en forbedret version af optisk mikroskopi ved hjælp af fluorescerende biomarkører, er nu mere udbredt. Nylige fremskridt inden for fluorescensmikroskopi har muliggjort levende billeddannelse af detaljerne i en struktur, og gennem dette, opnåelse af forskellige fysiologiske parametre i disse strukturer, såsom pH, reaktive oxygenarter og temperatur.

Kvanteregistrering er en teknologi, der udnytter skrøbelige kvantesystemers ultimative følsomhed over for det omgivende miljø. MRI'er med høj kontrast er eksempler på kvantespin i fluorescerende diamanter og er nogle af de mest avancerede kvantesystemer, der arbejder på forkant med applikationer i den virkelige verden. Anvendelser af denne teknik til termisk biologi blev introduceret for syv år siden for at kvantificere temperaturer inde i dyrkede celler. Imidlertid, de mangler endnu at blive anvendt på dynamiske biologiske systemer, hvor varme og temperatur er mere aktivt involveret i biologiske processer.

Forskerholdet dekorerede overfladen af ​​nanodiamanterne med polymerstrukturer og injicerede dem til C. elegans nematodeorme, et af de mest populære modeldyr i biologien. Forskerne søgte at lære den grundlæggende sunde temperatur af ormene. En gang indenfor, nanodiamanterne bevægede sig hurtigt, men holdets nye kvantetermometrialgoritme sporede dem og målte konstant temperaturen. Forskerne fremkaldte feber i ormene ved at stimulere deres mitokondrier med en farmakologisk behandling. Holdets kvantetermometer observerede med succes en temperaturstigning i ormene.

"Det var fascinerende at se kvanteteknologi fungere så godt i levende dyr, og jeg havde aldrig forestillet mig, at temperaturen på små orme på mindre end 1 mm kunne afvige fra normen og udvikle sig til feber, " sagde Masazumi Fujiwara, en underviser ved Institut for Naturvidenskab ved Osaka City University. "Vores resultater er en vigtig milepæl, der vil guide den fremtidige retning for kvantesansning, da den viser, hvordan den bidrager til biologien, "