Nanotermometr wykrywający minimalne zmiany temperatur

Nanotermometr wykrywający minimalne zmiany temperatur

Miniaturowe nanotermometry mogą w przyszłości podnieść efektywność terapii antyrakowych opartych na cieple lub zimnie, oraz zoptymalizować urządzenia do analiz genetycznych – twierdzą naukowcy.

Nicholas Kotov, chemik z Uniwersytetu Michigan powiedział, że do niedawna nie było urządzeń zdolnych do pomiaru temperatury w przestrzeniach mniejszych niż kilka nanometrów. Nanotermometry zbudowane przez jego grupę mają szerokość około 30 nm i mogą być użyte do mierzenia temperatury w pomieszczeniach o szerokości nawet 200 nm.

Pojedynczy nanotermometr składa się ze złotego rdzenia o średnicy 20 nm otoczonego elastyczną warstwą polimeru, w którym zatopione jest kilka tuzinów cząstek półprzewodnikowych o szerokości 4 nm. Warstwa polimeru kurczy się przy zimnie i rozpręża przy cieple, tym samym zbliżając lub oddalając cząstki od siebie. Podczas procesu skanowania laserem, nanocząsteczki półprzewodnika umieszczone w termometrze przechodzą w stan wzbudzenia. Stan ten wywołuje chmurę elektronów otaczającą złoty rdzeń, co z kolei wywołuje jego drgania.

Drgania takie podnoszą ilość światła emitowanego przez nanocząsteczki. Im bliżej znajdują się nanocząsteczki i złoty rdzeń, tym światłość emitowanego światła jest większa. Poprzez pomiar ilości światła wydzielanego przez nanotermometr jako odpowiedź na skanowanie laserem, naukowcy mogą zmierzyć zmiany temperatury w danym mikroskopijnym pomieszczeniu.

Podczas gdy inne nanotermometry, zbudowane z biocząsteczek i składników fluoroscencyjnych wykazują sprawność przez bardzo krótki okres czasu (ułamki sekund), to termometry opracowane przez grupę Kotova wykazują skuteczność przez bardzo długi czas. Nanotermometry takie mogłyby pomóc w zwiększeniu precyzji terapii antyrakowych, które bazują na wykorzystaniu ciepła bądź zimna do uśmiercania komórek rakowych.

Skuteczność tych metod zależy od różnic temperatur rzędu kilku stopni, tak więc komórka rakowa nie zginie jeżeli osiągnięta temperatura będzie różniła się nawet o 1 stopień Fahrenheita, dlatego tak istotne jest precyzyjne określenie temperatury komórek.

Wynalazek naukowców z Michigan będzie mógł być także wykorzystany w miniaturowych urządzeniach do analiz genetycznych i białkowych, gdzie dokładność pomiaru zmian temperatury przekłada się na precyzję otrzymanych wyników.

W przyszłości badacze chcą zastąpić polimer w nanotermometrze innym tworzywem sztucznym, reagującym już nie na zmiany temperatury, ale na zmiany w odczynie pH, czy pewnych sekwencji genetycznych.