Nature:一種用於細胞溫度測定的納米溫度計

2020-12-14 生物谷

一個解析度能夠低於一度、並且能夠集成到活細胞內的納米尺度的溫度計，將會為生物學和醫學研究的很多領域提供一個強大的新工具。這篇論文描述了用於納米尺度的溫度測量的一種新探針，它正好能夠做到這一點。該設備所利用的是對金剛石納米晶體中的氮-空位彩色中心的量子操縱。這些「中心」包含單電子自旋，並有依賴於局部溫度、對其很靈敏的特定螢光性質。作者發現，它們能夠以小至200納米的空間解析度被準確測定。通過將納米金剛石和金納米顆粒都引入一個人胚胎成纖維細胞中，他們演示了溫度梯度控制及在亞細胞水平上所進行的「測繪」操作。（生物谷 Bioon.com）

生物谷推薦的英文摘要

Nature   doi:10.1038/nature12373

Nanometre-scale thermometry in a living cell

G. Kucsko  P. C. Maurer  N. Y. Yao  M. Kubo  H. J. Noh  P. K. Lo  H. Park  M. D. Lukin

Sensitive probing of temperature variations on nanometre scales is an outstanding challenge in many areas of modern science and technology1. In particular, a thermometer capable of subdegree temperature resolution over a large range of temperatures as well as integration within a living system could provide a powerful new tool in many areas of biological, physical and chemical research. Possibilities range from the temperature-induced control of gene expression2, 3, 4, 5 and tumour metabolism6 to the cell-selective treatment of disease7, 8 and the study of heat dissipation in integrated circuits1. By combining local light-induced heat sources with sensitive nanoscale thermometry, it may also be possible to engineer biological processes at the subcellular level2, 3, 4, 5. Here we demonstrate a new approach to nanoscale thermometry that uses coherent manipulation of the electronic spin associated with nitrogen–vacancy colour centres in diamond. Our technique makes it possible to detect temperature variations as small as 1.8 mK (a sensitivity of 9 mK Hz−1/2) in an ultrapure bulk diamond sample. Using nitrogen–vacancy centres in diamond nanocrystals (nanodiamonds), we directly measure the local thermal environment on length scales as short as 200 nanometres. Finally, by introducing both nanodiamonds and gold nanoparticles into a single human embryonic fibroblast, we demonstrate temperature-gradient control and mapping at the subcellular level, enabling unique potential applications in life sciences.

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