Hur vet man att en cell har feber? Ta dess temperatur.

Det är nu möjligt tack vare forskning från Rice University-forskare som använde de ljusavgivande egenskaperna hos vissa molekyler för att skapa en fluorescerande nanotermometer.

Kemisten Angel Martís rislabb avslöjade tekniken i en Journal of Physical Chemistry B papper, som beskriver hur den modifierade en biokompatibel molekylär rötor känd som bortipyrrometen (BODIPY, för kort) för att avslöja temperaturer inuti enskilda celler.

Molekylen är idealisk för uppgiften. Dess fluorescens varar bara en liten stund inuti cellen, och varaktigheten beror starkt på förändringar i både temperatur och viskositeten i dess omgivning. Men vid hög viskositet, miljön i typiska celler, dess fluorescenslivslängd beror enbart på temperaturen.

Det betyder att vid en viss temperatur, ljuset släcks med en viss hastighet, och det kan ses med ett fluorescens-livstidsmikroskop.

Martí sa att kollegor vid Baylor College of Medicine utmanade honom att utveckla tekniken. "Alla känner till gamla termometrar baserade på expansionen av kvicksilver, och nyare baserade på digital teknik, "Men att använda dem skulle vara som att försöka mäta temperaturen på en person med en termometer lika stor som Empire State Building."

Tekniken beror på rotorn. Martí och Rice doktorand och huvudförfattare Meredith Ogle tvingade rotorn att gå fram och tillbaka, som svänghjulet i en klocka, istället för att låta den rotera helt.

"Det vinglar ganska mycket, sa Martí.

"Vad vi mäter är hur länge molekylen stannar i det exciterade tillståndet, vilket beror på hur snabbt det vinglar, " sa han. "Om du ökar temperaturen, det vinglar snabbare, och det förkortar tiden som den är upprymd."

Effekten, Martí sa, är lämpligen oberoende av koncentrationen av BODIPY-molekyler i cellen och av fotoblekning, punkten där molekylens fluorescerande förmåga förstörs.

"Om miljön är lite mer trögflytande, molekylen kommer att rotera långsammare, " sa Martí. "Det betyder inte nödvändigtvis att det är kallare eller varmare, bara att miljöns viskositet är annorlunda.

"Vi fick reda på att om vi begränsar rotationen av denna motor, sedan vid höga viskositeter, den inre klockan – denna molekyls livslängd – blir helt oberoende av viskositet, ", sa han. "Detta är inte särskilt vanligt för den här typen av sonder."

Martí sa att tekniken kan vara användbar för att kvantifiera effekterna av tumörablationsterapi, där värme används för att förstöra cancerceller, eller genom att helt enkelt mäta förekomsten av cancer. "De har en högre ämnesomsättning än andra celler, vilket betyder att de sannolikt genererar mer värme, " sa han. "Vi skulle vilja veta om vi kan identifiera cancerceller genom värmen de producerar och skilja dem från normala celler."

Medförfattare till uppsatsen är Rice doktorand Ashleigh Smith McWilliams; Matthew Ware, en vetenskapsman vid Celgene Co., San Diego; Steven Curley, en kirurg på Christus Mother Frances Hospital, Tyler, Texas; och Stuart Corr, en biträdande professor i kirurgisk forskning och chef för kirurgisk innovation och teknologiutveckling vid Baylor College of Medicine.