Japanilaiset tutkijat ovat tuottaneet räjähdystekniikan avulla tähän mennessä pienimmät nanotimantit, jotka pystyvät tutkimaan mikroskooppisia lämpötilaeroja ympäröivässä ympäristössään. Huolellisesti hallitulla räjähdyksellä, jota seuraa monivaiheinen puhdistusprosessi, Norikazu Mizuochi ja Kioton yliopiston tiimi valmisti fotoluminoivia nanotimantteja, jotka olivat noin 10 kertaa pienempiä kuin ne, jotka on tuotettu olemassa olevilla tekniikoilla. Innovaatio voisi parantaa merkittävästi tutkijoiden kykyä tutkia pieniä lämpötilaeroja elävien solujen sisällä.
Viime aikoina timantissa olevat piivakanssikeskukset (SiV) ovat nousseet lupaavaksi työkaluksi lämpötilan vaihteluiden mittaamiseen nanomittakaavan alueilla. Nämä viat muodostuvat, kun kaksi vierekkäistä hiiliatomia timantin molekyylihilassa korvataan yhdellä piiatomilla. Kun nämä atomit säteilytetään laserilla, ne fluoresoivat kirkkaasti kapealla näkyvien tai lähi-infrapuna-aallonpituuksien alueella – joiden huiput siirtyvät lineaarisesti timantin ympäristön lämpötilan kanssa.
Nämä aallonpituudet ovat erityisen hyödyllisiä biologisissa tutkimuksissa, koska ne eivät uhkaa herkkiä eläviä rakenteita. Tämä tarkoittaa, että kun SiV-keskuksia sisältäviä nanotimantteja injektoidaan soluihin, ne voivat tutkia sisätilojensa mikroskooppisia lämpötilavaihteluita alle kelvinin tarkkuudella – jolloin biologit voivat tutkia tarkasti sisällä tapahtuvia biokemiallisia reaktioita.
Toistaiseksi SiV-nanotimantit on suurelta osin tuotettu tekniikoilla, mukaan lukien kemiallinen höyrypinnoitus ja altistamalla kiinteä hiili äärimmäisille lämpötiloille ja paineille. Toistaiseksi näillä menetelmillä voidaan kuitenkin valmistaa vain noin 200 nm:n kokoisia nanotimantteja, jotka ovat silti riittävän suuria vahingoittamaan herkkiä solurakenteita.
Mizuochi ja tiimi kehittivät tutkimuksessaan vaihtoehtoisen lähestymistavan, jossa he ensin sekoittivat piitä huolellisesti valittuun räjähdysaineseokseen. Seoksen räjäyttämisen jälkeen CO:ssa2 Sen jälkeen he käsittelivät räjähdyksen tuotteet monivaiheisessa prosessissa, joka sisälsi: noen ja metallin epäpuhtauksien poistamisen sekahapolla; tuotteiden laimentaminen ja huuhtelu deionisoidulla vedellä; ja jäljelle jääneiden nanotimanttien päällystäminen bioyhteensopivalla polymeerillä.
Lopuksi tutkijat käyttivät sentrifugia suodattamaan pois suuremmat nanotimantit. Lopputuloksena oli erä yhtenäisiä, pallomaisia SiV-nanotimantteja, joiden keskikoko oli noin 20 nm: pienimmät nanotimantit, joita on koskaan käytetty lämpömittarin osoittamiseen fotoluminesoivien hilavirheiden avulla. Useiden kokeiden avulla Mizuochi ja kollegat havaitsivat selkeitä lineaarisia muutoksia nanotimanttiensa fotoluminesenssispektreissä 22-45 °C:n lämpötiloissa, mikä kattaa useimmissa elävissä järjestelmissä havaitut vaihtelut.
Nanotimantit mittaavat elävien solujen lämmönjohtavuutta
Tämän lähestymistavan menestys avaa nyt oven paljon yksityiskohtaisemmille, ei-invasiivisille lämpömittauksille solujen sisätiloista. Seuraavaksi tiimi pyrkii optimoimaan SiV-keskusten lukumäärän jokaisessa nanotimantissa tehden niistä entistä herkempiä lämpöympäristöilleen. Näiden parannusten myötä tutkijat toivovat, että näitä rakenteita voitaisiin käyttää organellejen tutkimiseen: solujen vielä pienempiä ja herkempiä alayksiköitä, jotka ovat elintärkeitä kaikkien elävien organismien toiminnalle.
Tutkijat kuvaavat havaintojaan Hiili.
