Nature：可测活细胞的纳米温度计

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2013-08-07 来源：生物360 作者：koo $ l+ S- l3 r1 }& x# a

* ^# ?+ i, ]/ l, b6 X7 x" ^研究人员用激光加热细胞的特殊部位，然后使用纳米钻石测量了温度。
9 q6 d% {' v' g0 p" w2 b  t* i* Q! g一种最初为量子计算机开发的工具，现在能够测量一个活细胞内的温度变化。: H- R1 u6 a: `9 H$ A) }
该技术利用微小钻石晶体或“纳米钻石”的量子效应，检测千分之几度的温度变化。在其帮助下，研究人员也能够用激光加热细胞的一些特定部分。“现在，我们有工具在细胞级别上控制温度，同时也能研究生物系统如何应对温度变化。”美国哈佛大学物理学家 Peter Maurer 说，他参与了该实验。相关研究成果日前发表于《自然》（Nature）杂志。, m* l; m% j4 Z* I8 @' D
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纳米温度计（Nanothermometers）可提供单个活细胞的“热量分布图”。* a& p, {- Q" Q% R: D6 r) @3 f* y
钻石已经成为处理量子信息的一种有用材料。在经典计算中，信息被储存成二进制数字（bit），可能是 0 或 1。但是，一个量子比特（qubit）是同一时刻两个状态的叠加。钻石能在其碳晶格中以杂质的电子态储存量子比特。这些杂质包含取代了一个碳原子和单原子间隙的氮原子。- S- |1 ~7 K% k
研究人员成功地操控了这些氮-空位中心，这朝着使用它们进行量子计算迈进了一步。并且由于氮原子的电子对磁场非常敏感，钻石晶体在核磁共振成像方面也具有潜力。
* \* f/ G! U2 A4 E另外，这类磁探针对温度的微小波动非常敏感。通过将探针用作精确温度计，研究人员开始将其潜在的弱势转变成优势。现在，Maurer 及其同事已将这种工具用于生物学上。
' z2 M: b/ |* c. O2 ^! P& K研究人员使用纳米细线将钻石晶体注入人类胚胎细胞。然后，他们用绿色激光射线照射该细胞，从而导致氮杂质发出红色的荧光。
: C+ w. Y2 |. W) Q细胞内部局部温度的变化，影响了氮-空位中心发射的红光的强度。研究人员能够测量这种强度，并利用相关结果计算相应纳米钻石的温度。由于导热性能好，这种纳米晶体的温度可能与其接触的细胞环境的温度一致。  x) ]! g. e$ j1 B
研究人员还为细胞注射了金纳米粒子，然后使用激光加热细胞的不同部位。多亏这种微小钻石温度计，他们能够精确地控制何处温度上升，以及上升多少。
& O& }. T; u9 L# ~Maurer 提到，在基础物理学中，钻石温度计可能会是一个有用的工具，因为从基因表达到细胞新陈代谢，许多生物进程都深受温度的影响。例如，生物学家能够通过控制局部温度，研究秀丽隐杆线虫等简单生物体的发育。“你能够加热个别细胞，并研究周围细胞的繁殖速度是减慢还是加快。” Maurer 说。6 f9 N4 F0 x+ e4 k* l
其他研究小组则使用荧光分子反映人体细胞的温度，但是哈佛大学的温度计要比那些技术敏感至少10倍。 Maurer 表示，它能探测仅为0.05开尔文的温度波动。研究人员还指出，该技术尚有改进的空间，因为在细胞外部，这种微小装置的敏感性已经能达0.0018开尔文。
9 M# D; B: {. I; x. M  V7 q; ?# S9 Y加利福尼亚大学圣塔巴巴拉分校物理学家 David Awschalom 表示，该纳米钻石温度计在化学中也有潜在用途，它能监控热流如何影响化学反应，尤其是在两种物质的连接处。
( J' H1 y; R- T! n原文检索：
% }. X, [  u4 L8 v# Y" a. H* Z3 oDavide Castelvecchi. Nanothermometer takes the temperature of living cells. Nature, 31 July 2013; doi:10.1038/nature.2013.13473
' M( O. F6 v3 V+ q+ d0 N' gG. Kucsko, P. C. Maurer, N. Y. Yao, M. Kubo, H. J. Noh, P. K. Lo, H. Park& M. D. Lukin. Nanometre-scale thermometry in a living cell. Nature, 31 July 2013; doi:10.1038/nature12373" r3 J$ W* ^# P; l3 U* d1 U# s

mrsci

嗯，有意思，很可能是一个有用的研究工具。
/ P! _2 [9 ~. u( y& ]  k不过纳米级，快接近量子水平了吧？不知道量子水平的测不准原理会不会产生影响？