L'immagine mostra una rappresentazione artistica di una nuova tecnica per il controllo della temperatura su scala nanometrica all'interno di una cellula vivente utilizzando tecniche di ottica quantistica. L'immagine mostra il rendering di una cella contenente nanodiamanti e nanoparticelle d'oro. Una nanoparticella d'oro viene riscaldata da un raggio laser esterno e vengono utilizzati nanodiamanti per sondare la temperatura locale. Credito:Georg Kucsko
(Phys.org) — I ricercatori che lavorano in un laboratorio dell'Università di Harvard hanno sviluppato una tecnica che consente di misurare la temperatura delle singole cellule viventi. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , il team descrive la loro tecnica e quanto possono essere precise le misurazioni della temperatura effettuate con essa.
Il nuovo termometro sviluppato dal team segue il lavoro di altri ricercatori che hanno scoperto che le impurità di un singolo atomo nei cristalli di diamante (che in genere vengono sostituite con un atomo di azoto e un vuoto) possono essere ultrasensibili ai cambiamenti di temperatura:tali fluttuazioni possono essere viste come un ostacolo quando si tenta di utilizzare tale materiale per contenere bit quantici, ma nel mondo biologico, possono essere utilizzati per misurare la temperatura in modo molto preciso.
Nella loro ricerca, il team di Harvard ha iniettato un singolo nanodiamante (un diamante di appena 100 nm) in una cellula umana. Una volta sul posto, un laser verde è stato puntato sul nanodiamante. Poiché ha alterato lo stato di spin di un elettrone nell'impurità, la luce che è stata emessa è stata cambiata in rosso. Il grado in cui è stato modificato è stato quindi utilizzato per calcolare la temperatura dell'interno della cella. A seguito di quell'esperimento, il team ha iniettato due nanodiamanti in una singola cellula, quindi ha focalizzato su di essi due laser verdi separati, quindi misurato la luce rossa che è stata emessa. Ciò ha permesso loro di misurare la differenza di temperatura tra due posizioni nella stessa cella. Prossimo, il team ha iniettato un nanodiamante e una particella d'oro nella cellula. Una volta posizionato, un laser verde è stato puntato sul nanodiamante mentre un altro laser è stato puntato sulla particella d'oro facendolo surriscaldare. Quel calore è stato trasferito al resto della cellula ed è stato successivamente misurato dal nanodiamante.
Utilizzando questa tecnica, i ricercatori riferiscono di essere in grado di misurare fluttuazioni di temperatura fino a 0,05 Kelvin:si aspettano di ottenere risultati migliori in futuro poiché fluttuazioni di temperatura fino a 0,0018 Kelvin sono state registrate utilizzando il dispositivo all'esterno di una cella. Un termometro con tale precisione potrebbe essere utilizzato sia per scopi di ricerca che in applicazioni pratiche come aiutare a distinguere (o uccidere) le singole cellule tumorali all'interno del corpo.
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