纳米金刚石传感器可以作为热源和温度计

纳米金刚石量子传感器涂层的热原聚合物

(a)涂有热原聚合物的纳米胺量子传感器的结构,以及其作为混合纳米特器/温度计的方式。(b)混合传感器的电子显微镜图像。(c)用于测量纳米热导率的混合传感器的工作原理。在具有高导热率的介质中,金刚石传感器的温度升高为中等,因为热量易于扩散。相反,在低导热介质中,温度升高显着较大。通过测量细胞中的混合动力传感器的温度变化,可以确定细胞内导热率。信誉:大阪大学

一个国际研究人员团队创造了纳米胺传感器,可以充当热源和温度计,并使用它们测量活细胞内的导热率,这可能导致新的诊断工具和癌症疗法。

来自大阪大学、昆士兰大学和新加坡国立大学工程学院的科学家团队使用涂有放热聚合物的纳米金刚石来探测细胞的热特性。当被激光照射时,这些传感器就像加热器和温度计一样,可以计算电池内部的热导率。这项工作可能会导致一套新的以热为基础的治疗方法来杀死细菌或癌细胞。

尽管细胞是所有生物体的基本单元,但一些物理性质仍然难以研究在活的有机体内。例如,电池的导热率,以及热量可以通过物体流过物体的速率,如果一侧是冷的,而另一侧是冷的,则仍然是神秘的。我们知识中的这种差距对于诸如发展癌细胞的热疗法等应用以及对细胞操作的基本问题的应用是重要的。

HeLa细胞内部有一个混合传感器

(a)空气,水,油和内部细胞中的混合传感器观察到温度升高。这些结果与具有较小热导流率的溶剂中的温度升高发生较高的思想一致。空气,水和油的热导体的文献值分别为0.026,0.61和0.135W / m * k。(b)Hela牢房的明亮场微观图像,内部有混合传感器。信誉:大阪大学

现在,该团队开发了一种能够确定具有约200nm的空间分辨率的活细胞内的导热率。它们创建了涂有聚合物的微小金刚石,聚二胺,当被激光照射时发出荧光灯以及热量。实验表明,这种颗粒是无毒的,可用于活细胞。当液体或细胞内时,热量提高了纳米胺的温度。在具有高热导体的介质中,纳米金刚胺没有变得非常炎热,因为热量迅速逃脱,但在导热率低的环境中,纳米金刚石变得更热。至关重要的是,发射光的性质取决于温度,因此研究团队可以计算传感器到周围环境的热流速率。

具有良好的空间分辨率允许测量在细胞内的不同位置。“我们发现,通过杂交纳米调传料测量的细胞中的热扩散速率比纯净水慢几次,这仍然等待综合理论解释并取决于地点,”高级作者塔拉斯Plakhotnik说。

“除了改进以热为基础的癌症治疗,我们认为这项工作的潜在应用将导致更好地理解代谢紊乱,如肥胖,”资深作者铃木圆说。该工具也可用于基础细胞研究,例如实时监测生化反应。

参考:“原位使用加热器温度计混合金刚石纳米传感器测量细胞内导热系数科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abd7888

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