Автор AZoNano 18 января 2021 г.

Группа ученых из Университета Осаки, Университета Квинсленда и Инженерного факультета Национального университета Сингапура использовала крошечные наноалмазы, покрытые тепловыделяющим полимером, для исследования тепловых свойств клеток.

При облучении светом лазера датчики действовали как нагреватели и термометры, позволяя рассчитать теплопроводность внутри ячейки. Эта работа может привести к созданию нового набора тепловых методов лечения для уничтожения бактерий или раковых клеток.

Несмотря на то, что клетка является основной единицей всех живых организмов, некоторые физические свойства остаются трудными для изучения in vivo . Например, теплопроводность ячейки, а также скорость, с которой тепло может проходить через объект, если одна сторона горячая, а другая холодная, оставались загадкой.

Этот пробел в наших знаниях важен для таких приложений, как разработка термической терапии, нацеленной на раковые клетки, и для ответа на фундаментальные вопросы о работе клеток.

Теперь команда разработала метод, который может определять теплопроводность внутри живых клеток с пространственным разрешением около 200 нм. Они создали крошечные алмазы, покрытые полимером, полидофамином, которые излучают как флуоресцентный свет, так и тепло при освещении лазером. Эксперименты показали, что такие частицы нетоксичны и могут использоваться в живых клетках.

Находясь внутри жидкости или ячейки, тепло повышает температуру наноалмаза. В средах с высокой теплопроводностью наноалмазы не сильно нагреваются, потому что тепло уходит быстро, но в среде с низкой теплопроводностью наноалмазы становятся горячее. Важно отметить, что свойства излучаемого света зависят от температуры, поэтому исследовательская группа могла рассчитать скорость теплового потока от датчика к окружающей среде.

Хорошее пространственное разрешение позволило проводить измерения в разных местах внутри ячеек. «Мы обнаружили, что скорость распространения тепла в клетках, измеренная гибридными наносенсорами, была в несколько раз медленнее, чем в чистой воде, захватывающий результат, который все еще требует всестороннего теоретического объяснения и зависит от местоположения», Рассказывает старший автор Тарас Плахотник.

«Мы думаем, что помимо улучшения тепловых методов лечения рака, потенциальное применение этой работы приведет к лучшему пониманию метаболических расстройств, таких как ожирение», – говорит старший автор Мадока Судзуки. Этот инструмент также можно использовать для фундаментальных исследований клеток, например, для мониторинга биохимических реакций в реальном времени.

Статья «Измерение внутриклеточной теплопроводности на месте с использованием гибридных алмазных наносенсоров с нагревательным термометром» опубликована в Science Advances по адресу DOI: https://doi.org/ 10.1126 / sciadv.abd7888

Источник: https://www.osaka-u.ac.jp/en