Termómetro cuántico nanodiamante mide la 'fiebre' en pequeños gusanos nematodos

Desarrollan un termómetro microscópico confiable y preciso que funciona en animales microscópicos vivos basado en tecnología cuántica, específicamente, detectando propiedades dependientes de la temperatura de los espines cuánticos en nanodiamantes fluorescentes


La medición de la temperatura de los objetos a escala nanométrica ha sido un gran desafío, especialmente en muestras biológicas vivas, debido a la falta de nanotermómetros precisos y fiables. Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una tecnología cuántica para medir la temperatura en una escala nanométrica y ha observado una "fiebre" en pequeños gusanos nematodos bajo tratamiento farmacológico. Esto refuerza la conexión entre la detección cuántica y la biología y marca el comienzo de nuevas tecnologías de imagen térmica en la investigación biomédica. La investigación se publica en Science Advances.


El microscopio óptico es una de las herramientas más básicas para el análisis en biología que utiliza luz visible para permitir que el ojo vea estructuras microscópicas. En el laboratorio moderno, el microscopio de fluorescencia, es una versión mejorada del microscopio óptico con varios biomarcadores fluorescentes, ahora se usa con más frecuencia. Los avances más recientes en dicha microscopía de fluorescencia han permitido obtener imágenes en vivo de los detalles de una estructura y, a través de esto, obtener varios parámetros fisiológicos en estas estructuras, como el pH, las especies reactivas de oxígeno y la temperatura.


La detección cuántica es una tecnología que aprovecha la máxima sensibilidad de los frágiles sistemas cuánticos con el entorno circundante. Las resonancias magnéticas de alto contraste de los espines cuánticos en diamantes fluorescentes son algunos de los sistemas cuánticos más avanzados que trabajan a la vanguardia de las aplicaciones del mundo real. Las aplicaciones de esta técnica a la biología térmica se introdujeron hace siete años para cuantificar las temperaturas dentro de las células cultivadas. Sin embargo, aún no se habían aplicado a sistemas biológicos dinámicos en los que el calor y la temperatura participan más activamente en los procesos biológicos.



El equipo de investigación decoró la superficie de los nanodiamantes con estructuras poliméricas y las inyectó en gusanos nematodos C. elegans, uno de los animales modelo más populares en biología. Necesitaban conocer la temperatura base "saludable" de los gusanos. Una vez dentro, los nanodiamantes se movieron rápidamente, pero el novedoso algoritmo de termometría cuántica del equipo los rastreó con éxito y midió la temperatura de manera constante. Se indujo fiebre dentro de los gusanos estimulando sus mitocondrias con un tratamiento farmacológico. El termómetro cuántico del equipo observó con éxito un aumento de temperatura en los gusanos.


"Fue fascinante ver que la tecnología cuántica funciona tan bien en animales vivos y nunca imaginé que la temperatura de pequeños gusanos de menos de 1 mm de tamaño pudiera desviarse de la norma y convertirse en fiebre", dijo Masazumi Fujiwara, profesor del Departamento. of Science en la Universidad de la Ciudad de Osaka. "Nuestros resultados son un hito importante que guiará la dirección futura de la detección cuántica, ya que muestra cómo contribuye a la biología".





Fuente: Universidad de la ciudad de Osaka

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