Ett team från Osaka City University, i samarbete med andra internationella partners, har visat en tillförlitlig, exakt, mikroskopbaserad termometer med kvantteknologi som mäter temperaturen för mikroskopiska djur. Tekniken upptäcker temperaturberoende egenskaper hos kvantspinn i fluorescerande nanodiamanter.

Forskningen är publicerad i Vetenskapens framsteg .

Det optiska mikroskopet är ett av de mest grundläggande verktygen för analys inom biologi, använda synligt ljus för att observera mikroskopiska strukturer direkt. I det moderna laboratoriet, fluorescensmikroskopi, en förbättrad version av optisk mikroskopi med fluorescerande biomarkörer, är nu mer utbredd. De senaste framstegen inom fluorescensmikroskopi har möjliggjort levande avbildning av detaljerna i en struktur, och genom detta, erhålla olika fysiologiska parametrar i dessa strukturer, såsom pH, reaktiva syrearter och temperatur.

Kvantavkänning är en teknologi som utnyttjar den ultimata känsligheten hos ömtåliga kvantsystem för den omgivande miljön. Högkontrast-MRI är exempel på kvantsnurr i fluorescerande diamanter och är några av de mest avancerade kvantsystemen som arbetar i framkant av verkliga tillämpningar. Tillämpningar av denna teknik för termisk biologi introducerades för sju år sedan för att kvantifiera temperaturer inuti odlade celler. Dock, de hade ännu inte tillämpats på dynamiska biologiska system där värme och temperatur är mer aktivt involverade i biologiska processer.

Forskargruppen dekorerade ytan på nanodiamanterna med polymerstrukturer och injicerade dem till C. elegans nematodmaskar, ett av de mest populära modelldjuren inom biologin. Forskarna försökte lära sig bashälsotemperaturen hos maskarna. Väl inne, nanodiamanterna rörde sig snabbt, men lagets nya kvanttermometrialgoritm spårade dem framgångsrikt och mätte temperaturen stadigt. Forskarna inducerade feber i maskarna genom att stimulera deras mitokondrier med en farmakologisk behandling. Teamets kvanttermometer observerade framgångsrikt en temperaturökning i maskarna.

"Det var fascinerande att se kvantteknik fungera så bra i levande djur, och jag hade aldrig föreställt mig att temperaturen hos små maskar mindre än 1 mm i storlek kunde avvika från normen och utvecklas till feber, sa Masazumi Fujiwara, en föreläsare vid Institutionen för naturvetenskap vid Osaka City University. "Våra resultat är en viktig milstolpe som kommer att styra den framtida riktningen för kvantavkänning eftersom det visar hur det bidrar till biologin, "