Vedci vyvinuli teplomer, ktorý sa nevkladá pod jazyk, ale je taký malý, že dokáže merať teplotu jedinej živej bunky či dokonca jej jednotlivých častí, napríklad bunkového jadra. Podobné technológie môžu vedcom pomôcť skúmať metabolizmus a ďalšie chemické reakcie živých organizmov na tej najmenšej úrovni. O výsledkoch informovali v časopise Science Advances.
Doteraz boli najlepšími teplomermi na meranie teploty buniek nanodiamanty s poruchami kryštálovej mriežky známymi ako dusíkovo-vakančné centrá. Keďže sa však každý diamant mierne líši, výsledky takýchto meraní neboli konzistentné. Autori novej štúdie vytvorili zaujímavú alternatívu: molekulárne kvantové nanosenzory. Do kryštálu vložili molekuly uhľovodíkovej zlúčeniny nazývanej pentacén. Kryštál potom pretrepávaním rozbili na menšie častice, ktoré počas tohto procesu potiahli polymérom, aby zabránili ich zhlukovaniu a zaistili bezpečné použitie v bunkách. Výsledné senzory mali priemer 200–500 nanometrov, teda len zlomok priemeru ľudskej červenej krvinky.
Správanie týchto kvantových senzorov závisí od superpozícií určitých kvantových stavov elektrónov v molekulách pentacénu – elektróny sa teda nachádzajú vo viacerých stavoch súčasne. Po ožiarení zeleným laserovým svetlom senzory vyžarovali červené svetlo. Ak ich vedci zároveň vystavili mikrovlnám s určitými frekvenciami, intenzita vyžarovaného svetla mierne klesla. Teplota okolia senzorov, a tým aj samotných senzorov, ovplyvňuje frekvenciu, pri ktorej k tomuto poklesu dochádza. Autori určili presný vzťah medzi touto frekvenciou a teplotou, vďaka čomu mohli z jednej veličiny odvodiť druhú.
Aby vedci dostali senzory do buniek, ponechali nádorové bunky v roztokoch so senzormi, kým ich bunky nevstrebali, alebo ich vstrekli priamo do bunkových jadier. Potom senzory stimulovali laserom a mikrovlnami a sledovali, pri ktorých mikrovlnných frekvenciách klesá intenzita ich svetla. Tieto frekvencie im slúžili ako ukazovateľ teploty buniek.
Doterajšie experimenty ukázali, že zdokonalené verzie molekulárnych kvantových senzorov sú mimoriadne presné. Výsledky súbežných meraní viacerými senzormi sa navzájom líšili najviac o 0,3 °C. Naproti tomu sa hodnoty namerané nanodiamantovými senzormi môžu líšiť aj o niekoľko stupňov. Pomocou nových nanosenzorov vedci zistili, že teplota jednotlivých častí bunky sa môže líšiť až o 1 °C.
„Podľa mňa je to fantastický míľnik,“ hovorí Sarah Mann, fyzička z Glasgowskej univerzity, ktorej tím ukázal, ako možno pri izbovej teplote riadiť a merať stavy molekúl pentacénu. „Presne v takýto výsledok som dúfala pri vlastnom výskume týchto materiálov. Mohlo by to byť veľmi užitočné pri odhaľovaní chorôb.“
Nobuhiro Yanai, ktorý nový výskum viedol, a jeho kolegovia z Tokia zistili, že dokážu merať nielen teplotu buniek, ale aj ďalšie parametre, napríklad úroveň oxidačného stresu. Súčasná verzia senzorov nespôsobila bunkám žiadne merateľné poškodenie. Aby však vedci rozšírili možnosti využitia systému, chcú vytvoriť ešte menšie nanočastice, ktoré nebudú narúšať biologické procesy. Ak sa im to podarí, podľa Yanaia budú môcť „špehovať“ činnosť buniek.
