Melalui teknik eksplosif, para peneliti di Jepang telah menghasilkan nanodiamond terkecil hingga saat ini, yang mampu menyelidiki perbedaan suhu mikroskopis di lingkungan sekitarnya. Dengan ledakan yang dikendalikan dengan hati-hati, diikuti dengan proses pemurnian multi-langkah, Norikazu Mizuochi dan sebuah tim di Universitas Kyoto membuat berlian nano photoluminescent sekitar 10 kali lebih kecil daripada yang diproduksi dengan teknik yang ada. Inovasi ini secara substansial dapat meningkatkan kemampuan peneliti untuk mempelajari perbedaan suhu menit yang ditemukan di dalam sel hidup.
Baru-baru ini, pusat kekosongan silikon (SiV) di berlian telah muncul sebagai alat yang menjanjikan untuk mengukur variasi suhu di seluruh wilayah skala nano. Cacat ini terbentuk ketika dua atom karbon tetangga dalam kisi molekul berlian diganti dengan atom silikon tunggal. Ketika disinari dengan laser, atom-atom ini akan berpendar terang pada rentang sempit panjang gelombang tampak atau inframerah dekat – yang puncaknya bergeser secara linier dengan suhu lingkungan berlian.
Panjang gelombang ini sangat berguna untuk penyelidikan biologis karena tidak menimbulkan ancaman bagi struktur hidup yang rapuh. Ini berarti bahwa ketika nanodiamonds yang mengandung pusat SiV disuntikkan ke dalam sel, mereka dapat menyelidiki variasi suhu mikroskopis interior mereka dengan presisi sub-kelvin - memungkinkan ahli biologi untuk mempelajari secara dekat reaksi biokimia yang terjadi di dalam.
Sejauh ini, nanodiamond SiV sebagian besar telah diproduksi melalui teknik termasuk deposisi uap kimia, dan menundukkan karbon padat pada suhu dan tekanan ekstrem. Namun, untuk saat ini, metode ini hanya dapat membuat berlian nano hingga ukuran sekitar 200 nm – masih cukup besar untuk merusak struktur seluler yang halus.
Dalam studi mereka, Mizuochi dan tim mengembangkan pendekatan alternatif, di mana mereka pertama kali mencampurkan silikon dengan campuran bahan peledak yang dipilih dengan cermat. Setelah meledakkan campuran dalam CO2 atmosfer, mereka kemudian mengolah produk ledakan dalam proses multi-tahap, yang meliputi: menghilangkan jelaga dan kotoran logam dengan asam campuran; mengencerkan dan membilas produk dengan air deionisasi; dan melapisi berlian nano yang tersisa dengan polimer biokompatibel.
Terakhir, para peneliti menggunakan centrifuge untuk menyaring nanodiamond yang lebih besar. Hasil akhirnya adalah kumpulan nanodiamond SiV bulat yang seragam dengan ukuran rata-rata sekitar 20 nm: nanodiamond terkecil yang pernah digunakan untuk mendemonstrasikan termometri menggunakan cacat kisi photoluminescent. Melalui serangkaian percobaan, Mizuochi dan rekannya mengamati pergeseran linier yang jelas dalam spektrum photoluminescent dari nanodiamond mereka, pada suhu berkisar antara 22 hingga 45 °C – mencakup variasi yang ditemukan di sebagian besar sistem kehidupan.
Nanodiamonds mengukur konduktivitas termal dalam sel hidup
Keberhasilan pendekatan ini sekarang membuka pintu untuk termometri non-invasif yang jauh lebih detail dari dalam interior seluler. Selanjutnya, tim bertujuan untuk mengoptimalkan jumlah pusat SiV di setiap nanodiamond, menjadikannya lebih sensitif terhadap lingkungan termalnya. Dengan peningkatan ini, para peneliti berharap bahwa struktur ini dapat digunakan untuk mempelajari organel: subunit sel yang lebih kecil dan lebih halus, yang sangat penting untuk berfungsinya semua organisme hidup.
Para peneliti menggambarkan temuan mereka di Karbon.
