Piccoli sensori piatti che si attaccano alla superficie delle cellule viventi possono fornire misurazioni dettagliate del trasferimento di calore sulla superficie delle cellule. Sviluppato presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arabia Saudita, questi nuovi sensori risolvono alcune delle sfide pratiche del lavoro con queste minuscole cellule e consentono nuove tecniche diagnostiche.

Professor Boon Ooi, il suo dottorato di ricerca lo studente Rami Elafandy e i suoi collaboratori hanno sviluppato questi dispositivi sensore da nanomembrane di nitruro di gallio che hanno uno spessore di soli 40 nanometri. Mostrano anche che i sensori possono identificare diversi tipi di cellule cancerose.

ElAfandy spiega che ottica, le proprietà meccaniche ed elettriche delle cellule viventi sono state ampiamente studiate e tuttavia ci sono pochi dati sulle loro proprietà termiche, principalmente a causa delle difficoltà di lavorare con piccoli volumi cellulari e forme cellulari irregolari.

"Le cellule hanno contorni curvi irregolari, il che significa che è difficile avere un contatto stabile con loro senza danneggiare le loro membrane, " ha detto ElAfandy. "Abbiamo utilizzato l'elevata flessibilità delle nanomembrane per seguire i contorni cellulari e ridurre al minimo eventuali cali di temperatura all'interno dell'interfaccia cellula-sensore che avrebbero prodotto errori".

Dopo aver collegato il sensore alla superficie della cella, i ricercatori hanno applicato un raggio laser ultravioletto pulsato, riscaldando la nanomembrana e provocando un'emissione di luce fotoluminescente a una frequenza dipendente dalla temperatura della nanomembrana. Questa temperatura, a sua volta, dipendeva da quanto bene il calore veniva trasferito nella cella.

Perciò, misurando la frequenza della luce fotoluminescente, i ricercatori hanno potuto calcolare non solo la conduttività termica delle celle, quanto bene consentono al calore di fluire, ma anche la diffusività termica, che tiene conto di quanto bene la cella immagazzina energia termica.

Primo, però, c'era una sfida pratica da superare:"I laser che usiamo possono causare danni fatali alle cellule e le nanomembrane sono troppo sottili per assorbire tutta la luce laser pericolosa, " ha detto ElAfandy. "Abbiamo risolto questo problema inserendo un sottile disco d'oro tra la nanomembrana e la cellula per assorbire tutta la radiazione laser trasmessa consentendo al calore di diffondersi dalla nanomembrana alla cellula".

Durante i test, i ricercatori hanno identificato forti differenze nella diffusività termica tra le cellule del cancro al seno e del collo dell'utero, nonché tra i sottotipi di cellule del cancro al seno.

"I nostri dispositivi sono insoliti in quanto misurano contemporaneamente la conduttività termica e la diffusività per fornire una migliore descrizione del trasporto di calore all'interno delle cellule, " ha detto Ooi. "Speriamo di aumentare la risoluzione spaziale per la scansione all'interno delle cellule e raccogliere informazioni sui singoli organelli cellulari. Con alcune importanti modifiche, un giorno potrebbe anche essere possibile misurare il trasporto termico all'interno del corpo umano".