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纳米钻石“温度计”可测量活细胞温度变化

行业聚焦点中国仪表网2013年08月06日 10:59人气:15834

  导读:哈佛大学的研究人员利用纳米钻石的量子效应,将其变为“温度计”,测量出了人类胚胎干细胞内部的温度变化,精确度是现有技术的10倍。这种方式有望提供一种新的治疗癌症而不损害健康组织的方法,以及研究细胞行为的新手段。

据《自然》杂志网站8月1日(北京时间)报道,纳米钻石可用于量子计算机中处理量子信息,而哈佛大学的研究人员利用纳米钻石的量子效应,将其变为“温度计”,测量出了人类胚胎干细胞内部的温度变化,精确度是现有技术的10倍。通过加入金纳米粒子,研究人员还能够利用激光对细胞的特定部分加热甚至杀死细胞,这有望提供一种新的治疗癌症而不损害健康组织的方法,以及研究细胞行为的新手段。研究论文发表在本周的《自然》杂志上。
  
  在这项最新研究中,研究人员使用纳米线将直径约100纳米的钻石晶体注入一个人类胚胎干细胞中,然后用绿色激光照射细胞,使氮杂质发出红色荧光。当细胞内局部温度出现变化时,红色荧光的强度会受到影响。通过测量荧光的强度,便可以计算出相应的纳米钻石的温度。由于钻石具有良好的导热性,就可以像温度计一样显示出其所处细胞内部环境的即时温度。
  
  研究人员同时还将金纳米粒子注入细胞内,然后用激光来加热细胞的不同部位,加热点的选择和温度升高多少都可由纳米钻石“温度计”来精确控制。“现在我们有了一个可以在细胞水平上控制温度的工具,让我们能够研究生物系统对温度变化的反应。”参与该研究的哈佛大学物理学家彼得·毛瑞尔说。
  
  他指出,基础生物学涉及到的很多生物过程,从基因表达到细胞新陈代谢,都会受到温度的强烈影响,纳米钻石“温度计”将是一个有用的工具。例如,通过控制线虫的局部温度,生物学家可以了解简单有机体的发育。“你可以加热单个细胞,研究其周围的细胞是否会减慢或者加快它们的繁殖率。”毛瑞尔说。
  
  目前也有一些其他测量细胞温度的方法,比如利用荧光蛋白或碳纳米管,但这些测量手段在敏感性和准确度方面都有欠缺,因为其中的一些成分会和细胞内的物质发生反应。毛瑞尔说,他们的纳米钻石“温度计”的敏感度至少提高了10倍,能够检测出细微到0.05开的温度波动。而且其还有改进的余地,因为在活细胞外部,该“温度计”的敏感度已经达到0.0018开的温度波动。
  
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  这样的“温度计”应该造价不菲,好在钻石是纳米级的。而其能够检测出细微到0.05开的温度波动,让其他测量细胞温度的方法难以望其项背,我们有理由相信,这项技术不仅仅只应用于医学领域。目前晶体管已经达到极小量度,在20或30纳米级别,离原子级别已经不远。然后,最重要的事情就是要理解热量散播和设备电子结构之间的关系,只有掌握这方面的知识,才能真正操控原子级设备,而纳米钻石“温度计”或许能派上大用场。
(本文来源:中国科学院转载请注明出处
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