Namesto toplomera, ki ga damo pod jezik, so raziskovalci razvili tako majhen termometer, s katerim je mogoče meriti temperaturo ene same žive celice, celo posameznih predelov celice, na primer celičnega jedra. Podobne tehnologije lahko raziskovalcem pomagajo pri preučevanju presnove in drugih kemijskih reakcij življenja v najmanjšem merilu. O rezultatih so v reviji Science Advances poročali.
Doslej so bili najboljši celični termometri nanodiamanti z napakami, znanimi kot dušikovo-vrzelni centri, a ker je vsak diamant nekoliko drugačen, takšne meritve niso bile konsistentne. Avtorji nove študije so ustvarili zanimivo alternativo: molekularne kvantne nanosenzorje. Ekipa je molekule ogljikovodikove spojine pentacen vgradila v kristal. Nato so kristal stresali, da se je razbil na manjše delce, pri tem pa so koščke prevlekli s polimerom, da bi preprečili sprijemanje in zagotovili varno uporabo na celicah. Tako dobljeni senzorji so imeli premer 200 do 500 nanometrov, kar je delček premera človeške rdeče krvničke.
Obnašanje teh kvantnih senzorjev je odvisno od superpozicij med določenimi kvantnimi stanji elektronov molekul pentacena – torej elektroni hkrati zasedajo več stanj. Zelena laserska svetloba, usmerjena nanje, je iz njih izzvala rdečo svetlobo, hkrati pa je sočasno stimuliranje senzorjev z mikrovalovi določene frekvence njihovo svetlobo nekoliko zbledilo. Temperatura okolice senzorjev (in posledično tudi temperatura samih senzorjev) vpliva na frekvenco, ki sproži bledenje. Avtorji so določili natančno razmerje med frekvenco, ki sproži bledenje, in temperaturo, kar jim je omogočilo, da eno izpeljejo iz drugega.
Da bi senzorje spravili v celice, so strokovnjaki tumorske celice namakali v raztopinah s senzorji, dokler jih niso vsrkale, ali pa so jih vbrizgali neposredno v celična jedra. Ekipa je nato senzorje vzbujala z laserjem in mikrovalovi ter opazovala, katere mikrovalovne frekvence so pri njih povzročile bledenje, kar je postalo kazalnik temperature celic.
Na podlagi dosedanjih poskusov so izboljšane različice molekularnih kvantnih senzorjev izjemno natančne. Rezultati meritev, ki jih je vzporedno opravilo več senzorjev, so se med seboj razlikovali v okviru 0,3 °C. Nasprotno pa se lahko temperaturne meritve nanodiamantnih senzorjev med seboj razlikujejo tudi za več stopinj. S pomočjo novih nanosenzorjev so raziskovalci ugotovili, da se temperatura različnih delov celice lahko razlikuje tudi za 1 °C.
»Mislim, da je to fantastičen mejnik,« pravi Sarah Mann, fizičarka z Univerze v Glasgowu, katere ekipa je pokazala, kako je mogoče pri sobni temperaturi nadzorovati in meriti molekule pentacena: »Natanko temu sem upala, da bo vodila moja lastna raziskava teh materialov. To je lahko zelo koristno pri odkrivanju bolezni.«
Nobuhiro Yanai, ki je vodil novo študijo, in njegovi kolegi iz Tokia so ugotovili, da lahko poleg temperature celic merijo tudi druge dejavnike, na primer raven oksidativnega stresa. Trenutna različica senzorjev ni povzročila merljivih poškodb v celicah, a da bi povečali uporabnost sistema, želijo izdelati še manjše nanodelce, da bi se izognili motenju bioloških procesov. Uspeh bi jim po Yanaijevih besedah omogočil, da bi »vohunili« za dejavnostmi celic.
