Nanoelmas Sensörler Hem Isı Kaynağı Hem de Termometre Görevi Görebilir
Fotoğraf-1 : Osaka Üniversitesi. (a) Pirojenik bir polimerle kaplanmış bir nanoelmas kuantum sensörünün yapısının ve hibrit bir nanoısıtıcı/termometre olarak nasıl çalıştığının gösterimi. (b) Hibrit sensörlerin elektron mikroskobu görüntüsü. (c) Nanometrik termal iletkenliği ölçmek için hibrit sensörün çalışma prensibi. Isı iletkenliği yüksek bir ortamda, elmas sensörün sıcaklık artışı orta düzeydedir, çünkü ısı kolayca dağılır. Ancak, düşük termal iletkenliğe sahip bir ortamda, sıcaklık artışı önemli ölçüde büyüktür. Hücre içi termal iletkenlik, hücrelerdeki hibrit sensörlerin sıcaklık değişimi ölçülerek belirlenebilir.
Osaka Üniversitesi, Queensland Üniversitesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nden bir grup bilim insanı, hücrelerin termal özelliklerini araştırmak için ısı salımı yapan bir polimerle kaplı çok küçük nanoelmaslar kullandı. Lazerden gelen ışıkla ışınlandığında, sensörler hem ısıtıcı hem de termometre görevi gördü ve hücrenin iç kısmının termal iletkenliğinin hesaplanmasına izin verdi. Bu çalışma, bakterileri veya kanser hücrelerini öldürmek için yeni bir ısı temelli tedaviye öncülük edebilir.
Hücre, tüm canlı organizmaların temel birimi olmasına rağmen, bazı fiziksel özelliklerin in vivo olarak incelenmesi zordur. Örneğin, bir hücrenin ısıl iletkenliğinin yanı sıra, bir tarafı sıcak iken diğer tarafı soğuk olduğunda, ısının nesneden geçme hızı halen gizemini korumaktadır. Bilgi dağarcığımızdaki bu boşluk, kanser hücrelerini hedef alan termal tedavi uygulamalarının geliştirilmesi ve hücre operasyonu ile ilgili temel soruları yanıtlamak için önemlidir.
Şu anda ekip, yaklaşık 200 nm uzaysal çözünürlükle canlı hücrelerdeki termal iletkenliği belirleyebilen bir teknik geliştirdi. Lazerle aydınlatıldığında hem floresan ışık hem de ısı yayan polidopamin polimeriyle kaplı çok küçük elmas parçacıklar yarattılar. Deneyler, bu tür parçacıkların toksik olmadığını ve canlı hücrelerde de kullanılabileceğini gösterdi. Bir sıvının ya da bir hücrenin içinde olduğunda, ısı nanoelmasın sıcaklığını yükseltir. Yüksek termal iletkenliğe sahip ortamda, ısı hızlı bir şekilde uzaklaştığı için nanoelmas çok ısınmaz, fakat düşük termal iletkenliğe sahip ortamda nanoelmaslar daha sıcak hale gelir. Yayılan ışığın özellikleri sıcaklığa bağlı olduğundan, araştırma ekibinin sensörden çevreye ısı akış hızını hesaplayabilmesi mümkündür.
Fotoğraf-2: Osaka Üniversitesi. (a) Hava, su, yağ ve hücre içinde hibrit sensörlerle gözlenen sıcaklık artışları. Bu sonuçlar, daha küçük termal iletkenliğe sahip çözücülerde daha yüksek sıcaklık artışlarının meydana geldiği fikriyle tutarlıdır. Hava, su ve yağın termal iletkenlikleri için literatür değerleri sırasıyla 0,026, 0,61 ve 0,135 W / m * K’dir. (b) İçinde hibrit sensör bulunan bir HeLa hücresinin parlak alan mikroskobik görüntüsü.
İyi bir uzaysal çözünürlüğe sahip olmak, hücre içindeki farklı konumlarda da ölçümlere izin verdi. Kıdemli yazar Taras Plakhotnik, “Hücrelerdeki ısı yayılma oranının, hibrit nanosensörlerle ölçüldüğünde, saf sudakinden birkaç kat daha yavaş olduğunu gördük; bu, hala konuma bağlı olan ve kapsamlı bir teorik açıklama gerektiren büyüleyici bir sonuç,” diyor.
Kıdemli yazar Madoka Suzuki ise, “Kanser için ısıya dayalı tedavileri geliştirmenin yanı sıra, bu çalışma için potansiyel uygulamaların obezite gibi metabolik bozuklukların daha iyi anlaşılmasına yol açacağını düşünüyoruz” diyor. Nanoelmas sensörler, örneğin biyokimyasal reaksiyonları gerçek zamanlı olarak izlemek gibi temel hücre araştırmaları için de kullanılabilir.
“Isıtıcı termometre hibrit elmas nanosensörleri kullanarak hücre içi termal iletkenliğin yerinde ölçümleri,” adlı makale, Science Advances’te yayımlandı.
Kaynak: phys.org
