من خلال تقنية متفجرة ، أنتج باحثون في اليابان أصغر ماسات نانوية حتى الآن ، قادرة على التحقق من الاختلافات المجهرية في درجات الحرارة في البيئات المحيطة بهم. مع انفجار يتم التحكم فيه بعناية ، يتبعه عملية تنقية متعددة الخطوات ، نوريكازو ميزوتشي وفريق من جامعة كيوتو صنعوا ألماسات نانوية ضوئية أصغر بنحو 10 مرات من تلك المنتجة بالتقنيات الحالية. يمكن أن يحسن الابتكار بشكل كبير قدرة الباحثين على دراسة الفروق الدقيقة في درجات الحرارة الموجودة داخل الخلايا الحية.
في الآونة الأخيرة ، ظهرت مراكز شغور السيليكون (SiV) في الماس كأداة واعدة لقياس التغيرات في درجات الحرارة عبر مناطق المقياس النانوي. تتشكل هذه العيوب عندما يتم استبدال ذرتين متجاورتين من الكربون في الشبكة الجزيئية للماس بذرة سيليكون واحدة. عند تعريضها للإشعاع بالليزر ، تتألق هذه الذرات بشكل ساطع على مدى ضيق من الأطوال الموجية المرئية أو القريبة من الأشعة تحت الحمراء - والتي تتغير قممها خطيًا مع درجة حرارة محيط الماس.
هذه الأطوال الموجية مفيدة بشكل خاص في التحقيقات البيولوجية لأنها لا تشكل أي تهديد على الهياكل الحية الحساسة. هذا يعني أنه عندما يتم حقن الألماس النانوي الذي يحتوي على مراكز SiV في الخلايا ، يمكنهم التحقق من التغيرات المجهرية في درجات الحرارة الداخلية بدقة أقل من كلفن - مما يسمح لعلماء الأحياء بدراسة التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الداخل عن كثب.
حتى الآن ، تم إنتاج الألماس النانوي SiV إلى حد كبير من خلال تقنيات تشمل ترسيب البخار الكيميائي ، وتعريض الكربون الصلب لدرجات حرارة وضغوط شديدة. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، لا يمكن لهذه الطرق سوى تصنيع الألماس النانوي إلى أحجام تقارب 200 نانومتر - لا تزال كبيرة بما يكفي لإتلاف الهياكل الخلوية الحساسة.
في دراستهم ، طور Mizuochi وفريقه نهجًا بديلًا ، حيث قاموا أولاً بخلط السيليكون بمزيج مختار بعناية من المتفجرات. بعد تفجير الخليط في CO2 الغلاف الجوي ، قاموا بعد ذلك بمعالجة منتجات الانفجار في عملية متعددة المراحل ، والتي تضمنت: إزالة السخام والشوائب المعدنية بحمض مختلط ؛ تخفيف وشطف المنتجات بالماء منزوع الأيونات ؛ وطلاء الماسات النانوية التي بقيت مع بوليمر متوافق حيوياً.
أخيرًا ، استخدم الباحثون جهاز طرد مركزي لتصفية أي ماسات نانوية أكبر. كانت النتيجة النهائية عبارة عن مجموعة من الألماس النانوي SiV الكروية المنتظمة بمتوسط حجم يبلغ حوالي 20 نانومتر: أصغر ماسات نانوية تم استخدامها على الإطلاق لإثبات قياس الحرارة باستخدام عيوب الشبكة الضوئية. من خلال سلسلة من التجارب ، لاحظ ميزوتشي وزملاؤه تحولات خطية واضحة في الأطياف الضوئية لألماسهم النانوي ، على درجات حرارة تتراوح من 22 إلى 45 درجة مئوية - تشمل الاختلافات الموجودة في معظم الأنظمة الحية.
تقيس الألماس النانوي التوصيل الحراري في الخلايا الحية
يفتح نجاح هذا النهج الآن الباب أمام قياس حراري أكثر تفصيلاً وغير جراحي من داخل التصميمات الداخلية الخلوية. بعد ذلك ، يهدف الفريق إلى تحسين عدد مراكز SiV في كل ماسة نانوية ، مما يجعلها أكثر حساسية لبيئاتها الحرارية. مع هذه التحسينات ، يأمل الباحثون في إمكانية استخدام هذه الهياكل لدراسة العضيات: حتى الوحدات الفرعية الأصغر والأكثر حساسية من الخلايا ، والتي تعتبر حيوية لعمل جميع الكائنات الحية.
يصف الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في كربون.
