Linjär röd förskjutning observeras med ökande temperatur i detonerade nanodiamanter med färgcentra. Kredit:KyotoU/Norikazu Mizuochi
Nanodiamonds repertoar av applikationer expanderar ständigt, inklusive allt från ultrafina beläggningar till exakt läkemedelstillförsel.
Nu har Kyoto University och Daicel Corporation utvecklat nanodiamanter för att upptäcka temperaturer på nanoskala inuti celler och organeller.
"Funktionerna och aktiviteterna hos levande celler kommer nära att relatera till den ojämna temperaturfördelningen och lokaliserade temperaturförändringar inom dessa biosystem", konstaterar författaren Norikazu Mizuochi.
Nanodiamanter med kiselvakansfärgcentra, eller SiV-center, är av en ny generation som kan upptäcka temperaturförändringar inuti celler genom att mäta luminescens.
"Toppvåglängden för luminescensspektrumet skiftar linjärt, vilket mestadels överensstämmer med det spektrala beteendet hos SiVs i bulkdiamanter och visar oss den möjliga framtiden för helt optisk nanoskala termometri", säger författaren.
Alternativt uppvisar nanodiamanter innehållande färgcentrum, särskilt kvävevakanscentra, högtemperaturkänslighet vid användning av laserljus och mikrovågsstrålning, och är fördelaktiga i biologiska tillämpningar för sin låga cytotoxicitet och stabila luminescens.
Vanligtvis är temperaturmätbara nanopartiklar större än 100 nm - relativt massiva i nanoskala - potentiellt skadande celler. Mizuochis team har dock lyckats skapa den minsta nanodiamanttermometrin med en medelstorlek på 20 nm, inklusive andra färgcentra som NV-center. Denna nanopartikel möjliggör mjukare inträde i organeller samt temperaturavkänning med subkelvin-precision.
"För att undersöka temperatursvaret hos våra polymerbelagda och storleksutvalda SiV-innehållande nanodiamanter, eller SiV-DND, använde vi ett temperaturkontrollerat mikroskop för att mäta luminescensspektrumet för en uppsättning SiV-DND," tillägger Mizuochi.
Att kombinera denna teknologi med flerfärgsavbildning och förbättra temperaturavkänningen genom att optimera antalet SiV-centra per partikel är en del av nästa steg i forskargruppens utveckling av nanodiamanter med hög precision.
Forskningen publicerades i Carbon . + Utforska vidare
