Японские ученые создали новый тип биосовместимых квантовых точек, которые могут использоваться в качестве высокоточных «градусников» для измерения температуры в отдельных участках живых клеток.
Эти квантовые датчики помогли исследователям создать первую «карту температур» для ядра клетки.
«Результаты наших экспериментов показывают, что разработанные квантовые точки могут функционировать внутри живых клеток, при этом демонстрируя максимальную точность измерений. Это открывает возможности для первых систематических измерений температуры в различных внутриклеточных средах с использованием квантовых сенсоров», — отметил научный сотрудник QST Хитоси Исивата.
Физики отмечают, что в последние годы биологи и физики активно исследуют температурные режимы, поддерживаемые в разных частях клеток, а также влияние температурных различий на внутренние процессы этих органелл. Интерес к этому вопросу возрос после открытия в 2018 году, когда было установлено, что внутри митохондрий, клеточных «энергостанций», поддерживаются неожиданные высокие температуры, достигающие 50 градусов Цельсия.
Для получения более точных измерений внутриклеточных температур и составления температурных карт отдельных частей и органелл клетки необходимы приборы, которые не будут мешать жизнедеятельности клетки и смогут корректно измерять температуры в широком диапазоне условий среды. Японские ученые выяснили, что эту задачу можно решить с помощью созданных ими квантовых точек из органических нанокристаллов.
Характер взаимодействия этих структур с электромагнитными волнами существенно меняется даже при небольших изменениях температуры окружающей среды, что позволяет применять квантовые точки в роли «нанотермометра». Физикам удалось разработать структуру и методику изготовления, которые обеспечивают получение максимально однородных квантовых точек, устойчивых к воздействию внутриклеточной среды и способных измерять не относительные, а абсолютные температуры.
Данная особенность органических квантовых точек позволила ученым создать первую температурную карту ядра человеческой клетки. Для этого была разработана специальная система, позволяющая вводить эти наноструктуры в центр живой клетки. Измерения показали, что внутри ядра существуют относительно теплые и холодные области, температура которых отличается на один градус Цельсия. Последующие эксперименты и замеры помогут прояснить, с чем связаны такие различия в уровне нагрева ядра клеток.
О квантовых точках
Квантовые точки представляют собой полупроводниковые наночастицы, размеры и форма которых подобраны таким образом, что они функционируют как искусственный атом. Подобно своим натуральным аналогам, эти рукотворные атомы способны взаимодействовать с волнами света, поглощать их и преобразовывать в другие формы колебаний. Это свойство квантовых точек было впервые открыто и изучено нобелевским лауреатом Алексеем Екимовым и другими советскими физиками в 1980-х годах.
Фото: hi-tech.mail.ru