Een team van wetenschappers van de Universiteit van Osaka, de Universiteit van Queensland en de Faculteit Ingenieurswetenschappen van de National University of Singapore gebruikten kleine nanodiamanten bedekt met een warmteafgevend polymeer om de thermische eigenschappen van cellen te onderzoeken. Wanneer bestraald met licht van een laser, de sensoren fungeerden zowel als verwarmers als thermometers, waardoor de thermische geleidbaarheid van het inwendige van een cel kan worden berekend. Dit werk kan leiden tot een nieuwe reeks op warmte gebaseerde behandelingen voor het doden van bacteriën of kankercellen.

Ook al is de cel de fundamentele eenheid van alle levende organismen, sommige fysische eigenschappen zijn moeilijk in vivo te bestuderen. Bijvoorbeeld, de thermische geleidbaarheid van een cel, evenals de snelheid waarmee warmte door een object kan stromen als de ene kant heet is en de andere kant koud, bleef mysterieus. Deze leemte in onze kennis is belangrijk voor toepassingen zoals het ontwikkelen van thermische therapieën die gericht zijn op kankercellen, en voor het beantwoorden van fundamentele vragen over celwerking.

Nutsvoorzieningen, het team heeft een techniek ontwikkeld die de thermische geleidbaarheid in levende cellen kan bepalen met een ruimtelijke resolutie van ongeveer 200 nm. Ze creëerden kleine diamanten bedekt met een polymeer, polydopamine, die zowel fluorescerend licht als warmte uitstralen wanneer ze worden verlicht door een laser. Experimenten toonden aan dat dergelijke deeltjes niet-toxisch zijn en kunnen worden gebruikt in levende cellen. Wanneer in een vloeistof of een cel, de hitte verhoogt de temperatuur van de nanodiamant. In media met hoge thermische geleidbaarheid, de nanodiamant werd niet erg heet omdat de warmte snel ontsnapte, maar in een omgeving met een lage thermische geleidbaarheid, de nanodiamanten werden heter. Cruciaal, de eigenschappen van het uitgestraalde licht zijn afhankelijk van de temperatuur, zodat het onderzoeksteam de snelheid van de warmtestroom van de sensor naar de omgeving kon berekenen.

Met een goede ruimtelijke resolutie konden metingen op verschillende locaties in de cellen worden uitgevoerd. "We ontdekten dat de snelheid van warmtediffusie in cellen, zoals gemeten door de hybride nanosensoren, was meerdere malen langzamer dan in zuiver water, een fascinerend resultaat dat nog wacht op een uitgebreide theoretische uitleg en afhankelijk was van de locatie, ', zegt senior auteur Taras Plakhotnik.

"Naast het verbeteren van op warmte gebaseerde behandelingen voor kanker, we denken dat mogelijke toepassingen voor dit werk zullen leiden tot een beter begrip van metabole stoornissen, zoals obesitas, " zegt senior auteur Madoka Suzuki. Deze tool kan ook worden gebruikt voor fundamenteel celonderzoek, bijvoorbeeld, om biochemische reacties in realtime te volgen.

Het artikel, "In situ metingen van intracellulaire thermische geleidbaarheid met behulp van hybride diamantnanosensoren van verwarmingsthermometers, " is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .