Исследователи используют крошечные алмазы для создания внутри

Оптически захваченные наноалмазы можно использовать для измерения температуры, магнитных полей и других свойств внутри живых клеток.

ОПТИЧЕСКИЙ

изображение: Схема оптической установки, используемой для оптического захвата (а) с изображением флуоресцентного наноалмаза (ФНД) внутри лейкемической клетки (б).посмотреть больше

Фото: Фатемех Калантарифард, Технический университет Дании.

Исследователи используют крошечные алмазы для создания внутриклеточных сенсоров

Оптически захваченные наноалмазы можно использовать для измерения температуры, магнитных полей и других свойств внутри живых клеток.

ВАНКУВЕР -- Исследователи разработали новый способ изучения сложной динамики внутри живых клеток, используя оптически захваченные частицы наноалмазов в качестве внутриклеточных сенсоров. Используя специально изготовленные оптические пинцеты, исследовательская группа захватывала частицы внутри клетки при малой мощности, пока клетка была жива. Эта работа представляет собой важное достижение в области квантового зондирования, которое использует преимущества квантовой механики для анализа изменений на атомном уровне.

Исследователи использовали оптический пинцет для улавливания частиц наноалмазов внутри отдельных лейкозных клеток, а затем продемонстрировали, как эти частицы можно использовать для измерения магнитного шума внутри клетки. Фатеме Калантарифард из Технического университета Дании подробно расскажет о работе на Конгрессе Optica по биофотонике, который пройдет в Ванкувере, Британская Колумбия, и онлайн 23–27 апреля 2023 года. Презентация Калантарифард запланирована на понедельник, 24 апреля, в 15:00–15:15 по тихоокеанскому времени (UTC). – 07:00).

Оптически захваченные наноалмазы Флуоресцентные наноалмазы (ФНД) вызвали интерес как перспективные излучатели и сенсоры для различных применений. Одним из наиболее замечательных свойств FND является обнаружение физических параметров, включая температуру и магнитное поле, с помощью квантового зондирования. Квантовое зондирование алмаза основано на парамагнитном дефекте в алмазе, центре азотной вакансии (NV), который позволяет считывать спин электрона, зависящий от температуры и магнитного поля, на наноуровне.

Недавно исследователи использовали флуоресцентные наноалмазы, содержащие NV-центры, в качестве внутриклеточных сенсоров. В работе, представленной на конференции, исследователи объединили захват FND с методами измерения спиновой фотолюминесценции, распространенными при зондировании на основе алмазов в одной ячейке. FND сначала подвергались эндоцитозу клетками линии клеток лейкемии человека, а затем они улавливались лазером ближнего ИК-диапазона (длина волны 1064 нм) при низкой мощности, пока клетка оставалась живой.

Наномасштабное зондирование Как только наноалмазы оказались внутри клеток и/или на их поверхности, исследователи провели измерения релаксометрии Т1, чтобы проверить их сенсорные способности. Этот метод включает в себя включение и выключение зеленого лазерного импульса (длина волны 532 нм), который поляризует электронные спины NV-центров, а затем позволяет им вернуться в равновесие. Поскольку поляризованная конфигурация демонстрирует более сильную флуоресценцию, чем равновесное состояние, исследователи определяют скорость спиновой релаксации, оптически отслеживая уровень интенсивности флуоресценции.

Поскольку магнитный шум в окружающей среде влияет на скорость спиновой релаксации, сравнение скоростей спиновой релаксации между наноалмазами, расположенными в разных местах, позволяет исследователям составить карту магнитного шума внутри клетки. Демонстрация показывает, что оптически захваченные флуоресцентные наноалмазы могут представлять собой точный и гибкий метод анализа таких свойств, как магнитное поле и температура внутри живых клеток.

«Сочетание оптического захвата наночастиц алмаза и квантового зондирования на основе наноалмазов может стать мощным инструментом для изучения механических свойств клеток. Оптический захват может помочь удерживать датчики на основе наноалмазов с высокой точностью, позволяя проводить более точные измерения на наноуровне. В частности, релаксометрические измерения T1 оптически захваченных наноалмазов могут быть использованы для обнаружения свободных радикалов в клетках.Свободные радикалы представляют собой высокореактивные молекулы, которые могут вызывать повреждение клеток и тканей.Они производятся естественным путем в организме в результате метаболизма, а также могут образовываться. под воздействием факторов окружающей среды, таких как радиация или токсины», — сказал Калантарифард. «Использование оптически захваченных наноалмазов для обнаружения свободных радикалов дает ряд преимуществ, в том числе высокую чувствительность, неинвазивность и возможность отслеживать в реальном времени изменения времени релаксации Т1. Этот метод можно использовать для изучения влияния окислительного стресса на организм. клеток и может иметь потенциальное применение в диагностике и лечении таких заболеваний, как рак и нейродегенеративные расстройства».