एक विस्फोटक तकनीक के माध्यम से, जापान में शोधकर्ताओं ने अब तक के सबसे छोटे नैनोडायमंड्स का उत्पादन किया है, जो उनके आसपास के वातावरण में सूक्ष्म तापमान के अंतर की जांच करने में सक्षम है। एक सावधानीपूर्वक नियंत्रित विस्फोट के साथ, एक बहु-चरण शुद्धिकरण प्रक्रिया के बाद, नोरिकाज़ू मिज़ुओची और क्योटो विश्वविद्यालय की एक टीम ने मौजूदा तकनीकों से उत्पादित नैनोडायमंड्स की तुलना में लगभग 10 गुना छोटे फोटोल्यूमिनेसेंट नैनोडायमंड्स का निर्माण किया। नवाचार जीवित कोशिकाओं के अंदर पाए जाने वाले न्यूनतम तापमान के अंतर का अध्ययन करने की शोधकर्ताओं की क्षमता में काफी सुधार कर सकता है।
हाल ही में, हीरे में सिलिकॉन-रिक्ति (SiV) केंद्र नैनोस्केल क्षेत्रों में तापमान में भिन्नता को मापने के लिए एक आशाजनक उपकरण के रूप में उभरे हैं। ये दोष तब बनते हैं जब हीरे की आणविक जाली में दो पड़ोसी कार्बन परमाणुओं को एक एकल सिलिकॉन परमाणु से बदल दिया जाता है। जब एक लेज़र से विकिरणित किया जाता है, तो ये परमाणु दृश्यमान या निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य की एक संकीर्ण सीमा पर चमकते हुए प्रवाहित होंगे - जिनकी चोटियाँ हीरे के परिवेश के तापमान के साथ रैखिक रूप से बदलती हैं।
ये तरंग दैर्ध्य जैविक जांच के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं क्योंकि वे नाजुक जीवित संरचनाओं के लिए कोई खतरा नहीं रखते हैं। इसका मतलब यह है कि जब SiV केंद्रों वाले नैनोडायमंड्स को कोशिकाओं में इंजेक्ट किया जाता है, तो वे सब-केल्विन सटीकता के साथ अपने अंदरूनी तापमान में सूक्ष्म बदलाव की जांच कर सकते हैं - जिससे जीवविज्ञानी अंदर होने वाली जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं का बारीकी से अध्ययन कर सकते हैं।
अब तक, SiV नैनोडायमंड्स का बड़े पैमाने पर रासायनिक वाष्प जमाव सहित तकनीकों के माध्यम से उत्पादन किया गया है, और ठोस कार्बन को अत्यधिक तापमान और दबावों के अधीन किया गया है। अभी के लिए, हालांकि, ये विधियां केवल नैनोडायमंड्स को लगभग 200 एनएम के आकार तक बना सकती हैं - अभी भी नाजुक सेलुलर संरचनाओं को नुकसान पहुंचाने के लिए काफी बड़ी हैं।
अपने अध्ययन में, मिज़ुओची और टीम ने एक वैकल्पिक दृष्टिकोण विकसित किया, जहां उन्होंने पहले विस्फोटकों के सावधानीपूर्वक चयनित मिश्रण के साथ सिलिकॉन मिलाया। सीओ में मिश्रण विस्फोट के बाद2 वातावरण, फिर उन्होंने विस्फोट के उत्पादों को एक बहु-चरण प्रक्रिया में संसाधित किया, जिसमें शामिल थे: मिश्रित एसिड के साथ किसी भी कालिख और धातु की अशुद्धियों को हटाना; विआयनीकृत पानी के साथ उत्पादों को पतला करना और धोना; और एक बायोकम्पैटिबल पॉलीमर के साथ बने रहने वाले नैनोडायमंड्स को कोटिंग करना।
अंत में, शोधकर्ताओं ने किसी भी बड़े नैनोडायमंड्स को छानने के लिए एक सेंट्रीफ्यूज का इस्तेमाल किया। अंतिम परिणाम लगभग 20 एनएम के औसत आकार के साथ समान, गोलाकार SiV नैनोडायमंड्स का एक बैच था: सबसे छोटा नैनोडायमंड्स कभी फोटोल्यूमिनेसेंट जाली दोषों का उपयोग करके थर्मोमेट्री प्रदर्शित करता था। प्रयोगों की एक श्रृंखला के माध्यम से, मिज़ुओची और उनके सहयोगियों ने 22 से 45 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर अपने नैनोडायमंड्स के फोटोल्यूमिनेसेंट स्पेक्ट्रा में स्पष्ट रैखिक बदलाव देखे - अधिकांश जीवित प्रणालियों में पाई जाने वाली विविधताओं को शामिल किया।
नैनोडायमंड जीवित कोशिकाओं में तापीय चालकता को मापते हैं
इस दृष्टिकोण की सफलता अब सेलुलर अंदरूनी के भीतर कहीं अधिक विस्तृत, गैर-इनवेसिव थर्मोमेट्री के लिए दरवाजा खोलती है। इसके बाद, टीम का लक्ष्य प्रत्येक नैनोडायमंड में SiV केंद्रों की संख्या को अनुकूलित करना है, जिससे वे अपने तापीय वातावरण के प्रति और भी अधिक संवेदनशील बन सकें। इन सुधारों के साथ, शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि इन संरचनाओं का उपयोग ऑर्गेनेल का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है: कोशिकाओं के और भी छोटे और अधिक नाजुक सबयूनिट, जो सभी जीवित जीवों के कामकाज के लिए महत्वपूर्ण हैं।
शोधकर्ता अपने निष्कर्षों का वर्णन करते हैं कार्बन.
