Команда из Городского университета Осаки в сотрудничестве с другими международными партнерами продемонстрировала надежный и точный термометр на основе микроскопа, который работает на живых микроскопических животных на основе квантовой технологии, в частности, обнаруживая температурно-зависимые свойства квантовых спинов в флуоресцентных наноалмазах.
Оптический микроскоп - один из самых основных инструментов анализа в биологии, который использует видимый свет, чтобы можно было невооруженным глазом видеть микроскопические структуры. В современной лаборатории все чаще используется флуоресцентный микроскоп - усовершенствованная версия оптического микроскопа с различными флуоресцентными биомаркерами. Последние достижения в такой флуоресцентной микроскопии позволили получить живые изображения деталей структуры и, таким образом, получить различные физиологические параметры в этих структурах, такие как pH, активные формы кислорода и температура.
Квантовое зондирование - это технология, которая использует предельную чувствительность хрупких квантовых систем к окружающей среде. Высококонтрастные МРТ являются примерами квантовых спинов в флуоресцентных алмазах и являются одними из самых продвинутых квантовых систем, работающих на переднем крае реальных приложений. Применение этого метода в термобиологии было введено семь лет назад для количественного определения температуры внутри культивируемых клеток. Однако их еще не применили к динамическим биологическим системам, где тепло и температура более активно участвуют в биологических процессах.
Команда исследователей украсила поверхность наноалмазов полимерными структурами и ввела их круглым червям нематод C. elegans, одному из самых популярных модельных животных в биологии. Им нужно было знать базовую «здоровую» температуру червей. Оказавшись внутри, наноалмазы двигались быстро, но новый алгоритм квантовой термометрии команды успешно отслеживал их и стабильно измерял температуру. У червей вызвали лихорадку путем стимуляции их митохондрий фармакологическим лечением. Квантовый термометр команды успешно зафиксировал повышение температуры у червей.
«Было удивительно видеть, как квантовая технология так хорошо работает на живых животных, и я никогда не мог представить, что температура крошечных червей размером менее 1 мм может отклониться от нормы и перерасти в лихорадку», - сказал Масадзуми Фудзивара, преподаватель в Городском университете Осаки. «Наши результаты являются важной вехой, которая будет определять будущее направление квантового зондирования, поскольку они показывают, какой вклад они вносят в биологию».
Статья об исследовании опубликовано в журнале Science Advances.
Источник: SciTechDaily / Osaka City University