Japonya'daki araştırmacılar, patlayıcı bir teknikle, çevrelerindeki ortamlardaki mikroskobik sıcaklık farklılıklarını araştırabilen bugüne kadarki en küçük nano elmasları ürettiler. Dikkatlice kontrol edilen bir patlama ve ardından çok adımlı bir arıtma süreci ile, Norikazu Mizuochi ve Kyoto Üniversitesi'ndeki bir ekip, mevcut tekniklerle üretilenlerden yaklaşık 10 kat daha küçük fotolüminesan nanodiamondlar üretti. Yenilik, araştırmacıların canlı hücrelerin içinde bulunan anlık sıcaklık farklılıklarını inceleme yeteneğini önemli ölçüde geliştirebilir.
Son zamanlarda, elmastaki silikon boşluk (SiV) merkezleri, nano ölçekli bölgelerdeki sıcaklık değişimlerini ölçmek için umut verici bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Bu kusurlar, elmasın moleküler kafesindeki iki komşu karbon atomu, tek bir silikon atomu ile değiştirildiğinde oluşur. Bir lazerle ışınlandığında, bu atomlar, dar bir görünür veya yakın kızılötesi dalga boyu aralığında parlak bir şekilde floresan ışık saçarlar ve bu dalga boyları, elmasın çevresinin sıcaklığı ile doğrusal olarak kayar.
Bu dalga boyları, hassas canlı yapılara tehdit oluşturmadıkları için biyolojik araştırmalar için özellikle yararlıdır. Bu, SiV merkezleri içeren nanoelmaslar hücrelere enjekte edildiğinde, içlerindeki mikroskobik sıcaklık değişimlerini kelvin altı bir hassasiyetle araştırabilecekleri anlamına gelir; bu da biyologların içeride meydana gelen biyokimyasal reaksiyonları yakından incelemesine olanak tanır.
Şimdiye kadar, SiV nano elmaslar büyük ölçüde kimyasal buhar biriktirme ve katı karbonu aşırı sıcaklıklara ve basınçlara maruz bırakma gibi tekniklerle üretildi. Ancak şimdilik, bu yöntemler yalnızca kabaca 200 nm boyutlarına kadar nano elmasları üretebilir - yine de hassas hücresel yapılara zarar verecek kadar büyük.
Mizuochi ve ekibi, çalışmalarında silikonu ilk önce dikkatlice seçilmiş patlayıcı karışımıyla karıştırdıkları alternatif bir yaklaşım geliştirdiler. Karışımı bir CO'da patlattıktan sonra2 atmosferde, daha sonra patlamanın ürünlerini çok aşamalı bir işlemle işleme tabi tuttular; bu işlem şunları içeriyordu: karışık bir asitle her türlü kurum ve metal safsızlığın giderilmesi; ürünlerin deiyonize su ile seyreltilmesi ve durulanması; ve biyouyumlu bir polimer ile kalan nano elmasların kaplanması.
Son olarak araştırmacılar daha büyük nanoelmasları filtrelemek için bir santrifüj kullandılar. Nihai sonuç, ortalama boyutu kabaca 20 nm olan tekdüze, küresel SiV nanoelmaslardan oluşan bir gruptu: fotolüminesan kafes kusurlarını kullanarak termometriyi göstermek için şimdiye kadar kullanılan en küçük nanoelmaslar. Bir dizi deney aracılığıyla Mizuochi ve meslektaşları, nanoelmaslarının fotolüminesans spektrumlarında, çoğu canlı sistemde bulunan varyasyonları kapsayan, 22 ila 45 °C arasındaki sıcaklıklarda net doğrusal kaymalar gözlemlediler.
Nanodiamonds canlı hücrelerde termal iletkenliği ölçer
Bu yaklaşımın başarısı artık hücresel iç mekanlardan çok daha ayrıntılı, invaziv olmayan termometrinin kapısını açıyor. Daha sonra ekip, her bir nanoelmastaki SiV merkezlerinin sayısını optimize ederek onları termal ortamlara daha da duyarlı hale getirmeyi hedefliyor. Araştırmacılar, bu gelişmelerle birlikte bu yapıların, tüm canlı organizmaların işleyişi için hayati öneme sahip olan, hücrelerin daha küçük ve daha hassas alt birimleri olan organelleri incelemek için kullanılabileceğini umuyor.
Araştırmacılar bulgularını şu şekilde açıklıyor: Karbon.
