Un team dell'Università della città di Osaka, in collaborazione con altri partner internazionali, ha dimostrato un affidabile, preciso, termometro al microscopio che utilizza la tecnologia quantistica che misura la temperatura di animali microscopici. La tecnologia rileva le proprietà dipendenti dalla temperatura degli spin quantistici nei nanodiamanti fluorescenti.

La ricerca è pubblicata su Progressi scientifici .

Il microscopio ottico è uno degli strumenti più basilari per l'analisi in biologia, utilizzando la luce visibile per osservare direttamente le strutture microscopiche. Nel moderno laboratorio, microscopia a fluorescenza, una versione migliorata della microscopia ottica che utilizza biomarcatori fluorescenti, ora è più diffuso. I recenti progressi nella microscopia a fluorescenza hanno consentito l'imaging dal vivo dei dettagli di una struttura, e attraverso questo, ottenere vari parametri fisiologici in queste strutture, come il pH, specie reattive dell'ossigeno e temperatura.

Il rilevamento quantistico è una tecnologia che sfrutta la massima sensibilità dei fragili sistemi quantistici all'ambiente circostante. Le risonanze magnetiche ad alto contrasto sono esempi di spin quantistici nei diamanti fluorescenti e sono alcuni dei sistemi quantistici più avanzati che lavorano in prima linea nelle applicazioni del mondo reale. Le applicazioni di questa tecnica alla biologia termica sono state introdotte sette anni fa per quantificare le temperature all'interno delle cellule coltivate. Però, dovevano ancora essere applicati a sistemi biologici dinamici in cui il calore e la temperatura sono coinvolti più attivamente nei processi biologici.

Il team di ricerca ha decorato la superficie dei nanodiamanti con strutture polimeriche e le ha iniettate nei vermi nematodi C. elegans, uno degli animali modello più popolari in biologia. I ricercatori hanno cercato di conoscere la temperatura sana di base dei vermi. Una volta dentro, i nanodiamanti si muovevano velocemente, ma il nuovo algoritmo di termometria quantistica del team li ha seguiti con successo e ha misurato costantemente la temperatura. I ricercatori hanno indotto la febbre all'interno dei vermi stimolando i loro mitocondri con un trattamento farmacologico. Il termometro quantistico del team ha osservato con successo un aumento della temperatura nei vermi.

"È stato affascinante vedere la tecnologia quantistica funzionare così bene negli animali vivi, e non avrei mai immaginato che la temperatura di minuscoli vermi di dimensioni inferiori a 1 mm potesse deviare dalla norma e svilupparsi in febbre, " disse Masazumi Fujiwara, un docente presso il Dipartimento di Scienze dell'Università della città di Osaka. "I nostri risultati sono una pietra miliare importante che guiderà la direzione futura del rilevamento quantistico poiché mostra come contribuisce alla biologia, "