Studiuesit zhvillojnë një nanogrimcë që vepron si ngrohës dhe termometër

Studiuesit në Universitetin Kanazawa raportojnë në ACS Nano zhvillimin e një nanogrimcash që vepron si ngrohës dhe termometër. Futja e nanogrimcave në qelizat e gjalla rezulton në një pikë nxehtësie që, duke e ndezur dhe fikur, mundëson modulimin e kontrolluar të aktiviteteve qelizore lokale.

Të qenit në gjendje për të ngrohur rajone me madhësi nano në indet biologjike është çelësi për disa aplikime biomjekësore. Në të vërtetë, shumë procese biologjike janë të ndjeshme ndaj temperaturës dhe aftësia për të modifikuar në nivel lokal temperaturën ofron një mënyrë për të manipuluar aktivitetin qelizor. Një qëllim i dukshëm është shkatërrimi i qelizave kancerogjene duke i ngrohur ato. Përveç nevojës për një mekanizëm të ngrohjes lokale brenda indeve, është gjithashtu e rëndësishme që të jeni në gjendje të matni menjëherë temperaturën e krijuar. Satoshi Arai nga Universiteti Kanazawa dhe kolegët e tij tani kanë krijuar një nanogrimcë që është njëkohësisht një nano ngrohës dhe një nanotermometër. Ata treguan me sukses se futja e një pike të vetme të nxehtësisë, të kontrollueshme në inde mund të jetë shumë efektive në modifikimin e funksionit qelizor.

Nanogrimca, e quajtur “nanoHT” nga shkencëtarët – një shkurtim i “nanoheater-termometër” – është në thelb një matricë polimeri që përfshin një molekulë ngjyre (e quajtur EuDT) që përdoret për të ndjerë temperaturën dhe një molekulë tjetër bojë (e quajtur V-Nc) për lirimin. ngrohjes. Kjo e fundit ndodh nëpërmjet shndërrimit të dritës në energji termike (efekti fototermik, i shfrytëzuar edhe në qelizat diellore): ndriçimi i një lazeri afër infra të kuqe (me një gjatësi vale prej 808 nanometra) në V-Nc rezulton në ngrohje të shpejtë, me një rritje më të fortë. në temperaturë për fuqi më të lartë lazer.

Ndjesimi i temperaturës bazohet në efektin termik të fluoreshencës së EuDT. Kur rrezatohet me dritë të një gjatësi vale, molekula lëshon dritë në një gjatësi vale tjetër – fluoreshencë. Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më pak intensive bëhet fluoreshenca. Kjo marrëdhënie e kundërt mund të përdoret për të matur temperaturën. Arai dhe kolegët testuan performancën e nanoHT si një termometër dhe zbuluan se ai mund të përcaktojë temperaturat me një rezolucion prej 0.8 gradë Celsius dhe më pak.

Studiuesit më pas kryen eksperimente me një lloj qelize njerëzore të quajtur qeliza HeLa. Ata shikuan efektin e ngrohjes përmes nanoHT dhe zbuluan se në një rritje të temperaturës prej rreth 11.4 gradë Celsius, qelizat e ngrohura HeLa vdiqën pas vetëm disa sekondash. Ky zbulim sugjeron se nanoHT mund të përdoret për të nxitur vdekjen e qelizave në qelizat e kancerit.

Arai dhe kolegët studiuan gjithashtu se si nanoHT mund të përdoret për të ndikuar në sjelljen e muskujve. Ata e futën nanogrimcën në miotub, një lloj fibre e pranishme në indet e muskujve. Me ngrohjen e miotubës me afërsisht 10.5 gradë Celsius, indi muskulor u tkurr. Procedura funksionoi në mënyrë të kthyeshme; lënia e miotubit përsëri të ftohet çoi në relaksim të muskujve.

Puna e Arai dhe kolegëve tregon se ngrohja lokale në një shkallë nënqelizore me anë të nanoHT mundëson manipulimin e kontrolluar të aktivitetit të një qelize të vetme. Lidhur me aplikimet, shkencëtarët besojnë se “aplikimi i synuar i nanoHT ka një gamë të larmishme dhe të gjithanshme aftësish për të rregulluar aktivitetet qelizore që do të lehtësonin zhvillimin e inxhinierisë së qelizave termodinamike”.

Fluoreshenca i referohet emetimit të dritës nga një substancë pas së cilës ajo ka thithur dritën (ose një lloj tjetër rrezatimi elektromagnetik). Në mënyrë tipike, drita e emetuar ka një gjatësi vale më të madhe, dhe kështu një energji fotonike më të ulët se rrezatimi i përthithur. Një rast i njohur i fluoreshencës ndodh kur rrezatimi i përthithur është në rajonin ultravjollcë të spektrit, i padukshëm për syrin e njeriut, ndërsa drita e emetuar është në rajonin e dukshëm.

Termometria fluoreshente është një teknikë për matjen e temperaturave përmes përdorimit të molekulave të ngjyrave fluoreshente, intensiteti i fluoreshencës i së cilës është një funksion i fortë i temperaturës. Molekulat e bojës futen në një material me interes; Njohja e detajuar e intensitetit të fluoreshencës kundrejt varësisë nga temperatura mundëson konkludimin e temperaturës së materialit. (Molekulat e bojës ngacmohen të fluoreshojnë nga drita rënëse; intensiteti i saj siguron një masë të temperaturës lokale.)

Satoshi Arai nga Universiteti Kanazawa dhe kolegët përdorën molekulat e ngjyrave fluoreshente për të zhvilluar nanoHT, një nanogrimcë që vepron si ngrohës dhe termometër për aplikime nano-bio.