Bilden illustrerar kvantmätningen utförd på en enatoms kvantsensor i en levande mänsklig HeLa-cell. Atomsensorn är inkapslad i en nanodiamantpartikel och styrs av externa mikrovågor och laserljus, och spåras av dess utsläpp av rött ljus. Informationen som samlas in är av kvanttyp, där atomens tillstånd existerar i två kvanttillstånd samtidigt före mätning. Mätningen och kontrollen av atomsensorn ger information om cellens miljö i nanoskala och nanopartikelns rörelse och orientering, som skulle kunna användas i utvecklingen av nya läkemedel och leveranssystem för nanomedicin. Kredit:David Haworth
(PhysOrg.com) -- Banbrytande forskning har visat att en kvantatom har spårats inuti en levande mänsklig cell och kan leda till förbättringar i testning och utveckling av nya läkemedel.
Professor Lloyd Hollenberg från University of Melbourne's School of Physics som ledde forskningen sa att det är första gången en enskild atom inkapslad i nanodiamant har använts som en sensor för att utforska nanoskalamiljön inuti en levande mänsklig cell.
"Det är spännande att se hur atomen upplever den biologiska miljön på nanoskala, " sa han.
"Denna forskning banar väg för en ny klass av kvantsensorer som används för biologisk forskning om utveckling av nya läkemedel och nanomedicin."
Sensorn kan detektera biologiska processer på molekylär nivå, såsom reglering av kemikalier in och ut ur cellen, vilket är avgörande för att förstå hur droger fungerar.
Uppsatsen har publicerats i tidskriften Naturens nanoteknik .
Finansierat av ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology, forskningen utfördes av ett tvärvetenskapligt team från University of Melbournes fysik, Kemi, och avdelningar för kemisk och biomolekylär teknik.
Forskarna utvecklade den senaste tekniken för att kontrollera och manipulera atomen i nanodiamanten innan de fördes in i de mänskliga cellerna i labbet.
Biolog Dr Yan Yan vid universitetets institution för kemi- och biomolekylär teknik som arbetar inom området nanomedicin, sa sensorn ger kritisk information om nanodiamanternas rörelse inuti den levande cellen.
"Detta är viktigt för det nya området för nanomedicin där läkemedelsleverans är beroende av upptaget av liknande stora nanopartiklar i cellen."
Kvantfysikern och doktoranden Liam McGuinness från Universitys School of Physics sa att övervakning av atomsensorn i en levande cell var en betydande prestation. "Tidigare, dessa kvantmätningar på atomnivå kunde endast uppnås under noggrant kontrollerade förhållanden i ett fysiklaboratorium, " sa han.
Förhoppningen är att inom de närmaste åren, att efter dessa principiella experiment, forskarna kommer att kunna utveckla tekniken och tillhandahålla en ny uppsättning verktyg för läkemedelsupptäckt och nanomedicin.
