Umjesto toplomjera koji se stavlja pod jezik, istraživači su razvili toliko mali termometar da se njime može mjeriti temperatura jedne žive stanice, pa čak i pojedinih područja stanice, primjerice jezgre. Slične tehnologije mogle bi pomoći istraživačima u proučavanju metabolizma i drugih kemijskih reakcija života u najmanjim razmjerima. O rezultatima u časopisu Science Advances izvijestili su.
Do sada su najbolji stanični termometri bili nanodijamanti s defektima poznatima kao dušik-vakancijski centri, ali budući da je svaki dijamant malo drukčiji, takva mjerenja nisu bila konzistentna. Autori nove studije stvorili su zanimljivu alternativu: molekularne kvantne nanosenzore. Tim je molekule ugljikovodičnog spoja zvanog pentacen ugradio u kristal. Zatim su kristal protresli kako bi se raspao na manje čestice, a pritom su komadiće obložili polimerom kako bi spriječili njihovo slijepljivanje i osigurali sigurnu uporabu na stanicama. Tako dobiveni senzori imali su promjer 200–500 nanometara, što je djelić promjera ljudske crvene krvne stanice.
Ponašanje ovih kvantnih senzora ovisi o superpozicijama između određenih kvantnih stanja elektrona molekula pentacena – odnosno elektroni istodobno zauzimaju više stanja. Zelena laserska svjetlost usmjerena na njih izazivala je crvenu svjetlost, dok je istodobno poticanje senzora mikrovalovima određene frekvencije njihovu svjetlost blago prigušivalo. Temperatura okoline senzora (a time i temperatura samih senzora) utječe na frekvenciju koja izaziva prigušenje. Autori su odredili točnu vezu između frekvencije koja izaziva gašenje i temperature, što im je omogućilo da jedno izvedu iz drugog.
Kako bi senzore unijeli u stanice, stručnjaci su tumorske stanice namakali u otopinama koje sadrže senzore dok ih stanice nisu upile, odnosno injektirali su ih izravno u jezgre. Tim je zatim laserom i mikrovalovima poticao senzore te promatrao koje su mikrovalne frekvencije kod njih uzrokovale prigušenje, što je postalo pokazatelj temperature stanica.
Na temelju dosadašnjih pokusa poboljšane verzije molekularnih kvantnih senzora iznimno su precizne. Rezultati mjerenja koja je paralelno provodilo više senzora bili su međusobno unutar 0,3 °C. Nasuprot tome, mjerenja temperature senzorima na bazi nanodijamanata mogu se međusobno razlikovati i za nekoliko stupnjeva. Pomoću novih nanosenzora istraživači su utvrdili da se temperatura različitih dijelova stanice može razlikovati čak i za 1 °C.
„Mislim da je ovo fantastična prekretnica” – kaže Sarah Mann, fizičarka sa Sveučilišta u Glasgowu, čiji je tim pokazao kako se molekule pentacena mogu kontrolirati i mjeriti na sobnoj temperaturi: „Upravo sam se nadala da će tamo voditi moje vlastito istraživanje ovih materijala. Ovo može biti vrlo korisno u otkrivanju bolesti.”
Nobuhiro Yanai, koji je vodio novo istraživanje, i njegovi kolege iz Tokija utvrdili su da mogu mjeriti ne samo temperaturu stanica, nego i druge čimbenike, primjerice razinu oksidativnog stresa. Trenutačna verzija senzora nije uzrokovala mjerljivo oštećenje stanica, ali kako bi povećali korisnost sustava žele izraditi još manje nanočestice da bi izbjegli remećenje bioloških procesa. Uspjeh bi im, kaže Yanai, omogućio da “špijuniraju” aktivnosti stanica.
