באמצעות טכניקת נפץ, חוקרים ביפן ייצרו את הננו-יהלומים הקטנים ביותר עד כה, המסוגלים לחקור הבדלי טמפרטורה מיקרוסקופיים בסביבתם הסובבת. עם פיצוץ מבוקר בקפידה, ואחריו תהליך טיהור רב-שלבי, נוריקזו מיזווצ'י וצוות מאוניברסיטת קיוטו ייצר ננו-יהלומים פוטו-אורניזנטיים קטנים פי 10 מאלה שיוצרו בטכניקות קיימות. החידוש יכול לשפר משמעותית את יכולתם של החוקרים לחקור את הבדלי הטמפרטורה הקטנים שנמצאו בתוך תאים חיים.
לאחרונה, מרכזי סיליקון פנוי (SiV) ביהלום הופיעו ככלי מבטיח למדידת שינויים בטמפרטורה באזורים ננומטריים. פגמים אלו נוצרים כאשר שני אטומי פחמן שכנים בסריג המולקולרי של היהלום מוחלפים באטום סיליקון בודד. כשהם מוקרנים בלייזר, אטומים אלו יפורסמו בבהירות על פני טווח צר של אורכי גל גלויים או כמעט אינפרא אדום - שפסגותיהם משתנות באופן ליניארי עם הטמפרטורה של סביבת היהלום.
אורכי גל אלו שימושיים במיוחד עבור חקירות ביולוגיות מכיוון שהם אינם מהווים איום על מבנים חיים עדינים. משמעות הדבר היא שכאשר ננו-יהלומים המכילים מרכזי SiV מוזרקים לתאים, הם יכולים לחקור את וריאציות הטמפרטורה המיקרוסקופיות של הפנים שלהם בדיוק תת-קלווין - מה שמאפשר לביולוגים לחקור מקרוב את התגובות הביוכימיות המתרחשות בפנים.
עד כה, ננו-יהלומים של SiV יוצרו בעיקר באמצעות טכניקות הכוללות שקיעת אדים כימית והכפיפת פחמן מוצק לטמפרטורות ולחצים קיצוניים. אולם לעת עתה, שיטות אלה יכולות לייצר ננו-יהלומים רק עד לגדלים של בערך 200 ננומטר - עדיין גדולים מספיק כדי לפגוע במבנים תאיים עדינים.
במחקר שלהם, Mizuochi והצוות פיתחו גישה חלופית, שבה הם ערבבו לראשונה סיליקון עם תערובת שנבחרה בקפידה של חומרי נפץ. לאחר פיצוץ התערובת בCO2 לאחר מכן, הם טיפלו בתוצרי הפיצוץ בתהליך רב-שלבי, שכלל: הסרת כל זיהומי פיח ומתכת באמצעות חומצה מעורבת; דילול ושטיפה של המוצרים במים דה-יונים; וציפוי הננו-יהלומים שנותרו בפולימר תואם ביולוגי.
לבסוף, החוקרים השתמשו בצנטריפוגה כדי לסנן כל ננו-יהלומים גדולים יותר. התוצאה הסופית הייתה אצווה של ננו-יהלומים אחידים וכדוריים של SiV בגודל ממוצע של כ-20 ננומטר: הננו-יהלומים הקטנים ביותר ששימשו אי פעם להדגמת תרמומטריה באמצעות פגמי סריג פוטו-לומינסצנטי. באמצעות סדרה של ניסויים, Mizuochi ועמיתיו צפו בשינויים ליניאריים ברורים בספקטרום הפוטו-לומינסצנטי של ננו-יהלומים שלהם, על פני טמפרטורות שנעו בין 22 ל-45 מעלות צלזיוס - המקיפים את הווריאציות שנמצאות ברוב המערכות החיות.
ננו-יהלומים מודדים מוליכות תרמית בתאים חיים
הצלחתה של גישה זו פותחת כעת את הדלת לתרמומטריה הרבה יותר מפורטת ולא פולשנית מתוך פנים הסלולר. בשלב הבא, הצוות שואף לייעל את מספר מרכזי ה-SiV בכל ננו-יהלום, ולהפוך אותם לרגישים עוד יותר לסביבות התרמיות שלהם. עם השיפורים הללו, החוקרים מקווים שניתן יהיה להשתמש במבנים אלה כדי לחקור אברונים: תת-יחידות המשנה הקטנות והעדינות עוד יותר של התאים, החיוניות לתפקודם של כל האורגניזמים החיים.
החוקרים מתארים את ממצאיהם ב פחמן.
