Korištenjem optički zarobljenih čestica nanodijamanata kao unutarstaničnih senzora, znanstvenici su razvili novi način za proučavanje zamršene dinamike unutar živih stanica. Njihovo istraživanje predstavlja važan napredak u izradi kvantnog senzora, koji koristi prednosti kvantne mehanike za analizu promjena na atomskoj razini.

Tim znanstvenika zarobio je čestice nanodijamanata unutar žive stanice korištenjem posebno prilagođene optičke pincete male snage. Čestice nanodijamanata zarobili su unutar pojedinačnih stanica leukemije, a zatim su pokazali kako se te čestice mogu koristiti za mjerenje magnetskog šuma unutar stanice.

Fluorescentni nanodijamanti (FND) pobudili su interes znanstvenika kao obećavajući emiteri i senzori za različite primjene. Jedno od najznačajnijih svojstava FND-ova je detekcija fizičkih parametara, uključujući temperaturu i magnetsko polje, kvantnim senzorom. Kvantno detektiranje dijamanta temelji se na paramagnetskom defektu u dijamantu, odnosno centru dušikove praznine (nitrogen vacancy ili skraćeno NV) koja se sastoji od atoma dušika, koji zamjenjuje atom ugljika i upražnjenog mjesta u rešetki. Taj defekt omogućuje očitavanje spina elektrona ovisnog o temperaturi i magnetskom polju na nanorazini.

Znanstvenici su u studiji kombinirali hvatanje FND-ova s tehnikama mjerenja fotoluminiscencije temeljenim na spinu, uobičajnim u dijamantnom senzoru u jednoj stanici. FND-ove su prvo endocitozirale stanice ljudske leukemije, a zatim su uhvaćene bliskim IR laserom (valna duljina 1064 nm) pri maloj snazi, u procesu koji je stanica preživjela.

Nakon što su nanodijamanti bili postavljeni unutar stanica i/ili na površinu stanice, istraživači su proveli T1 relaksometrijska mjerenja kako bi testirali njihove sposobnosti osjeta. Spomenuta metoda uključuje uključivanje i isključivanje Greenovog laserskog pulsa (valna dužina 532 nm), koji polarizira spinove elektrona NV centara i zatim im omogućuje da se vrate u ravnotežu. Budući da polarizirana konfiguracija pokazuje jaču fluorescenciju nego stanje ravnoteže, znanstvenici zapravo određuju brzinu opuštanja spina optičkim praćenjem razine intenziteta fluorescencije.

Obzirom da magnetski šum u okolnom okruženju utječe na brzinu opuštanja spina, usporedba stopa opuštanja spina između nanodijamanata postavljenih na različitim mjestima omogućuje znanstvenicima mapiranje magnetskog šuma unutar stanice. Sve to pokazalo je da bi fluorescentni nanodijamanti mogli predstavljati preciznu i fleksibilnu metodu za analizu svojstava kao što su magnetsko polje i temperatura unutar živih stanica.

Kombinacija optičkog hvatanja dijamantnih nanočestica i kvantnog senzora temeljenog na nanodijamantu, može pružiti snažan alat za proučavanje mehaničkih svojstava stanica. Optičko hvatanje može pomoći u držanju senzora temeljenih na nanodijamantu s visokom preciznošću i omogućujući tačnija mjerenja na nanorazini. Konkretno, T1 relaksometrijska mjerenja optički zarobljenih nanodijamanata, mogu se koristiti za detekciju slobodnih radikala u stanicama. Slobodni radikali su vrlo reaktivne molekule koje mogu oštetiti stanice i tkiva. Oni se prirodno proizvode u tijelu zbog metabolizma, a mogu nastati i izlaganjem faktorima iz okoliša poput zračenja ili toksina, kaže Fatemeh Kalantarifard s Tehničkog univerziteta u Danskoj.

Korištenje optički zarobljenih nanodijamanata za detekciju slobodnih radikala nudi nekoliko prednosti, uključujući visoku osjetljivost, neinvazivnost i mogućnost praćenja promjena u vremenu relaksacije T1 u stvarnom vremenu. Ova tehnika može se koristiti za proučavanje učinaka oksidativnog stresa na stanice i može imati potencijalnu primjenu u dijagnostici i liječenju bolesti poput raka i neurodegenerativnih poremećaja, dodao je na kraju Kalantarifard.

Istraživanje će biti predstavljeno na događaju Optica’s Biophotonics Congress, koji se održava krajem travnja u kanadskom gradu Vancouveru, piše EurekAlert.