การระเบิดของนาโนไดมอนด์สามารถส่งเทอร์โมมิเตอร์ระดับนาโนภายในเซลล์ได้

ด้วยเทคนิคการระเบิด นักวิจัยในญี่ปุ่นได้ผลิตนาโนไดมอนด์ที่เล็กที่สุดจนถึงปัจจุบัน ซึ่งสามารถตรวจวัดความแตกต่างของอุณหภูมิด้วยกล้องจุลทรรศน์ในสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ ด้วยการระเบิดที่ควบคุมอย่างระมัดระวัง ตามด้วยกระบวนการทำให้บริสุทธิ์หลายขั้นตอน โนริคาสึ มิซึโอจิ และทีมงานที่มหาวิทยาลัยเกียวโตได้ประดิษฐ์เพชรนาโนเรืองแสงที่มีขนาดเล็กกว่าที่ผลิตด้วยเทคนิคที่มีอยู่ประมาณ 10 เท่า นวัตกรรมนี้สามารถปรับปรุงความสามารถของนักวิจัยอย่างมากในการศึกษาความแตกต่างของอุณหภูมิเล็กน้อยที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

เมื่อเร็วๆ นี้ ศูนย์ตำแหน่งว่างซิลิคอน (SiV) ในเพชรได้กลายเป็นเครื่องมือที่มีแนวโน้มว่าจะใช้ในการวัดอุณหภูมิที่แปรผันตามภูมิภาคระดับนาโน ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงสองอะตอมในโครงข่ายโมเลกุลของเพชรถูกแทนที่ด้วยอะตอมซิลิกอนเดี่ยว เมื่อฉายรังสีด้วยเลเซอร์ อะตอมเหล่านี้จะเรืองแสงอย่างสว่างไสวในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้หรือใกล้อินฟราเรดที่แคบ ซึ่งยอดจะเปลี่ยนเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิของเพชรโดยรอบ

ความยาวคลื่นเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบทางชีววิทยา เนื่องจากไม่เป็นภัยคุกคามต่อโครงสร้างชีวิตที่ละเอียดอ่อน ซึ่งหมายความว่าเมื่อนาโนไดมอนด์ที่มีศูนย์ SiV ถูกฉีดเข้าไปในเซลล์ พวกเขาสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิด้วยกล้องจุลทรรศน์ของการตกแต่งภายในด้วยความแม่นยำระดับต่ำกว่าเคลวิน ซึ่งช่วยให้นักชีววิทยาสามารถศึกษาปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในได้อย่างใกล้ชิด

จนถึงปัจจุบัน SiV nanodiamonds ส่วนใหญ่ถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การสะสมไอสารเคมี และการนำคาร์บอนที่เป็นของแข็งไปสู่อุณหภูมิและแรงกดดันที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ วิธีการเหล่านี้สามารถสร้างนาโนไดมอนด์ที่มีขนาดประมาณ 200 นาโนเมตรเท่านั้น ซึ่งยังคงมีขนาดใหญ่พอที่จะทำลายโครงสร้างเซลล์ที่บอบบางได้

ในการศึกษาของพวกเขา Mizuochi และทีมได้พัฒนาวิธีการทางเลือก โดยในขั้นแรก พวกเขาผสมซิลิกอนเข้ากับส่วนผสมของวัตถุระเบิดที่คัดสรรมาอย่างดี หลังจากจุดชนวนส่วนผสมใน CO₂ ในบรรยากาศ จากนั้นจึงบำบัดผลิตภัณฑ์จากการระเบิดด้วยกระบวนการหลายขั้นตอน ซึ่งรวมถึง: ขจัดคราบเขม่าและโลหะด้วยกรดผสม เจือจางและล้างผลิตภัณฑ์ด้วยน้ำปราศจากไอออน และเคลือบนาโนไดมอนด์ที่ยังคงอยู่กับพอลิเมอร์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ

สุดท้าย นักวิจัยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อกรองเพชรนาโนที่มีขนาดใหญ่กว่า ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดของ SiV nanodiamonds ทรงกลมที่มีขนาดเฉลี่ยประมาณ 20 นาโนเมตร: นาโนไดมอนด์ที่เล็กที่สุดที่เคยใช้เพื่อแสดงเทอร์โมมิเตอร์โดยใช้ข้อบกพร่องของโครงตาข่ายโฟโตลูมิเนสเซนต์ จากการทดลองหลายชุด มิซูโอจิและเพื่อนร่วมงานสังเกตการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นที่ชัดเจนในสเปกตรัมโฟโตลูมิเนสเซนต์ของนาโนไดมอนด์ ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 22 ถึง 45 องศาเซลเซียส ซึ่งครอบคลุมความแปรผันที่พบในระบบสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่

ความสำเร็จของวิธีการนี้เป็นการเปิดประตูสำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่รุกรานที่มีรายละเอียดมากขึ้นจากภายในเซลล์ ต่อไป ทีมงานตั้งเป้าที่จะเพิ่มจำนวนศูนย์ SiV ในเพชรนาโนแต่ละเม็ด ทำให้พวกมันมีความไวต่อสภาพแวดล้อมทางความร้อนมากยิ่งขึ้น ด้วยการปรับปรุงเหล่านี้ นักวิจัยหวังว่าโครงสร้างเหล่านี้สามารถใช้ศึกษาออร์แกเนลล์ได้ ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของเซลล์ที่เล็กกว่าและละเอียดอ่อนกว่า ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

นักวิจัยอธิบายการค้นพบของพวกเขาใน คาร์บอน.