Z eksplozivno tehniko so raziskovalci na Japonskem izdelali najmanjše nanodiamante do sedaj, ki so sposobni zaznati mikroskopske temperaturne razlike v okoliških okoljih. S skrbno nadzorovano eksplozijo, ki ji sledi večstopenjski proces čiščenja, Norikazu Mizuochi in ekipa na Univerzi v Kjotu je izdelala fotoluminiscentne nanodiamante, ki so približno 10-krat manjši od tistih, proizvedenih z obstoječimi tehnikami. Inovacija bi lahko bistveno izboljšala sposobnost raziskovalcev za preučevanje minutnih temperaturnih razlik v živih celicah.
V zadnjem času so se centri za proste prostore silicija (SiV) v diamantu pojavili kot obetavno orodje za merjenje variacij temperature v regijah nanometrskega merila. Te napake nastanejo, ko se dva sosednja atoma ogljika v diamantni molekularni mreži nadomestita z enim atomom silicija. Ko bodo obsevani z laserjem, bodo ti atomi močno fluorescirali v ozkem obsegu vidnih ali skoraj infrardečih valovnih dolžin – katerih vrhovi se premikajo linearno s temperaturo okolice diamanta.
Te valovne dolžine so še posebej uporabne za biološke preiskave, saj ne predstavljajo nevarnosti za občutljive žive strukture. To pomeni, da ko se nanodiamanti, ki vsebujejo centre SiV, vbrizgajo v celice, lahko sondirajo mikroskopske temperaturne spremembe njihove notranjosti s sub-kelvinovo natančnostjo – kar omogoča biologom, da natančno preučijo biokemične reakcije, ki potekajo v notranjosti.
Doslej so bili SiV nanodiamanti večinoma proizvedeni s tehnikami, vključno s kemičnim naparjevanjem in izpostavljanjem trdnega ogljika ekstremnim temperaturam in pritiskom. Zaenkrat pa lahko te metode izdelujejo nanodiamante le do velikosti približno 200 nm – še vedno dovolj velike, da poškodujejo občutljive celične strukture.
V svoji študiji so Mizuochi in ekipa razvili alternativni pristop, kjer so silicij najprej zmešali s skrbno izbrano mešanico eksplozivov. Po detonaciji zmesi v CO2 atmosferi, nato pa so produkte eksplozije obdelali v večstopenjskem procesu, ki je vključeval: odstranitev morebitnih saj in kovinskih nečistoč z mešano kislino; redčenje in izpiranje izdelkov z deionizirano vodo; in prevleko nanodiamantov, ki so ostali, z biokompatibilnim polimerom.
Nazadnje so raziskovalci uporabili centrifugo za filtriranje morebitnih večjih nanodiamantov. Končni rezultat je bila serija enotnih, sferičnih SiV nanodiamantov s povprečno velikostjo približno 20 nm: najmanjši nanodiamanti, ki so bili kdaj uporabljeni za prikaz termometrije z uporabo fotoluminiscenčnih mrežnih napak. S serijo poskusov so Mizuochi in njegovi sodelavci opazili jasne linearne premike v fotoluminiscenčnih spektrih njihovih nanodiamantov pri temperaturah od 22 do 45 °C – kar vključuje variacije, ki jih najdemo v večini živih sistemov.
Nanodiamanti merijo toplotno prevodnost v živih celicah
Uspeh tega pristopa zdaj odpira vrata za veliko podrobnejšo, neinvazivno termometrijo iz celične notranjosti. Nato želi ekipa optimizirati število centrov SiV v vsakem nanodiamantu, zaradi česar so še bolj občutljivi na njihova toplotna okolja. S temi izboljšavami raziskovalci upajo, da bi te strukture lahko uporabili za preučevanje organelov: še manjših in občutljivejših podenot celic, ki so ključnega pomena za delovanje vseh živih organizmov.
Raziskovalci opisujejo svoje ugotovitve v Carbon.
