Por meio de uma técnica explosiva, pesquisadores no Japão produziram os menores nanodiamantes até hoje, capazes de sondar diferenças microscópicas de temperatura em seus ambientes circundantes. Com uma explosão cuidadosamente controlada, seguida por um processo de purificação em várias etapas, Norikazu Mizuochi e uma equipe da Universidade de Kyoto fabricou nanodiamantes fotoluminescentes cerca de 10 vezes menores do que os produzidos com as técnicas existentes. A inovação pode melhorar substancialmente a capacidade dos pesquisadores de estudar as diferenças mínimas de temperatura encontradas dentro das células vivas.
Recentemente, centros de vacância de silício (SiV) em diamante surgiram como uma ferramenta promissora para medir variações de temperatura em regiões de nanoescala. Esses defeitos se formam quando dois átomos de carbono vizinhos na rede molecular do diamante são substituídos por um único átomo de silício. Quando irradiados com um laser, esses átomos fluorescem brilhantemente em uma estreita faixa de comprimentos de onda visíveis ou próximos ao infravermelho – cujos picos mudam linearmente com a temperatura do ambiente do diamante.
Esses comprimentos de onda são particularmente úteis para investigações biológicas, pois não representam ameaça a estruturas vivas delicadas. Isso significa que, quando os nanodiamantes contendo centros de SiV são injetados nas células, eles podem sondar as variações microscópicas de temperatura de seus interiores com precisão sub-kelvin – permitindo que os biólogos estudem de perto as reações bioquímicas que ocorrem no interior.
Até agora, os nanodiamantes de SiV foram produzidos em grande parte por meio de técnicas que incluem deposição de vapor químico e submissão de carbono sólido a temperaturas e pressões extremas. Por enquanto, no entanto, esses métodos só podem fabricar nanodiamantes com tamanhos de aproximadamente 200 nm – ainda grandes o suficiente para danificar estruturas celulares delicadas.
Em seu estudo, Mizuochi e sua equipe desenvolveram uma abordagem alternativa, onde primeiro misturaram silício com uma mistura cuidadosamente selecionada de explosivos. Depois de detonar a mistura em um CO2 atmosfera, eles então trataram os produtos da explosão em um processo de várias etapas, que incluiu: remoção de qualquer fuligem e impurezas metálicas com um ácido misto; diluir e enxaguar os produtos com água deionizada; e revestindo os nanodiamantes que permaneceram com um polímero biocompatível.
Finalmente, os pesquisadores usaram uma centrífuga para filtrar quaisquer nanodiamantes maiores. O resultado final foi um lote de nanodiamantes esféricos e uniformes de SiV com um tamanho médio de aproximadamente 20 nm: os menores nanodiamantes já usados para demonstrar termometria usando defeitos de rede fotoluminescente. Por meio de uma série de experimentos, Mizuochi e seus colegas observaram claros deslocamentos lineares nos espectros fotoluminescentes de seus nanodiamantes, em temperaturas variando de 22 a 45 °C – abrangendo as variações encontradas na maioria dos sistemas vivos.
Nanodiamantes medem a condutividade térmica em células vivas
O sucesso dessa abordagem agora abre as portas para uma termometria não invasiva muito mais detalhada de dentro das células. Em seguida, a equipe pretende otimizar o número de centros SiV em cada nanodiamante, tornando-os ainda mais sensíveis aos seus ambientes térmicos. Com essas melhorias, os pesquisadores esperam que essas estruturas possam ser usadas para estudar organelas: as subunidades ainda menores e mais delicadas das células, vitais para o funcionamento de todos os organismos vivos.
Os pesquisadores descrevem suas descobertas em Carbono.
