A través de una técnica explosiva, investigadores en Japón han producido los nanodiamantes más pequeños hasta la fecha, capaces de probar diferencias de temperatura microscópicas en sus entornos circundantes. Con una explosión cuidadosamente controlada, seguida de un proceso de purificación de varios pasos, norikazu mizuochi y un equipo de la Universidad de Kyoto fabricó nanodiamantes fotoluminiscentes unas 10 veces más pequeños que los producidos con las técnicas existentes. La innovación podría mejorar sustancialmente la capacidad de los investigadores para estudiar las diminutas diferencias de temperatura que se encuentran dentro de las células vivas.
Recientemente, los centros de vacancia de silicio (SiV) en el diamante se han convertido en una herramienta prometedora para medir las variaciones de temperatura en regiones a nanoescala. Estos defectos se forman cuando dos átomos de carbono vecinos en la red molecular del diamante se reemplazan con un solo átomo de silicio. Cuando se irradian con un láser, estos átomos brillarán con fluorescencia en un rango estrecho de longitudes de onda visibles o del infrarrojo cercano, cuyos picos se desplazan linealmente con la temperatura de los alrededores del diamante.
Estas longitudes de onda son particularmente útiles para las investigaciones biológicas, ya que no representan una amenaza para las delicadas estructuras vivas. Esto significa que cuando los nanodiamantes que contienen centros SiV se inyectan en las células, pueden sondear las variaciones de temperatura microscópicas de sus interiores con una precisión inferior a Kelvin, lo que permite a los biólogos estudiar de cerca las reacciones bioquímicas que tienen lugar en su interior.
Hasta ahora, los nanodiamantes de SiV se han producido en gran medida a través de técnicas que incluyen la deposición de vapor químico y el sometimiento de carbono sólido a temperaturas y presiones extremas. Por ahora, sin embargo, estos métodos solo pueden fabricar nanodiamantes hasta tamaños de aproximadamente 200 nm, lo suficientemente grandes como para dañar estructuras celulares delicadas.
En su estudio, Mizuochi y su equipo desarrollaron un enfoque alternativo, en el que primero mezclaron silicio con una mezcla cuidadosamente seleccionada de explosivos. Después de detonar la mezcla en un CO2 atmósfera, luego trataron los productos de la explosión en un proceso de varias etapas, que incluía: eliminar cualquier hollín e impurezas metálicas con un ácido mixto; diluir y enjuagar los productos con agua desionizada; y recubriendo los nanodiamantes que quedaron con un polímero biocompatible.
Finalmente, los investigadores usaron una centrífuga para filtrar los nanodiamantes más grandes. El resultado final fue un lote de nanodiamantes de SiV esféricos y uniformes con un tamaño promedio de aproximadamente 20 nm: los nanodiamantes más pequeños jamás utilizados para demostrar la termometría utilizando defectos de red fotoluminiscente. A través de una serie de experimentos, Mizuochi y sus colegas observaron cambios lineales claros en los espectros fotoluminiscentes de sus nanodiamantes, a temperaturas que oscilan entre 22 y 45 °C, lo que abarca las variaciones que se encuentran en la mayoría de los sistemas vivos.
Los nanodiamantes miden la conductividad térmica en células vivas
El éxito de este enfoque ahora abre la puerta a una termometría no invasiva mucho más detallada desde el interior de las células. A continuación, el equipo tiene como objetivo optimizar la cantidad de centros SiV en cada nanodiamante, haciéndolos aún más sensibles a sus entornos térmicos. Con estas mejoras, los investigadores esperan que estas estructuras puedan usarse para estudiar orgánulos: las subunidades de células aún más pequeñas y delicadas, que son vitales para el funcionamiento de todos los organismos vivos.
Los investigadores describen sus hallazgos en Carbono.
