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Nanotecnologia

Termômetro de diamante monitora temperatura em nanoescala

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/09/2020

Termômetro de diamante monitora temperatura em nanoescala
A temperatura do animal microscópico é medida rastreando efeitos quânticos nos nanodiamantes.
[Imagem: Masazumi Fujiwara, Osaka City University]

Termômetro de diamante

Medir a temperatura de objetos em escala nanométrica tem sido um desafio, especialmente em amostras biológicas vivas, devido à falta de nanotermômetros precisos e confiáveis.

É por isso que o campo das ciências biomédicas e das nanociências está comemorando o feito de Masazumi Fujiwara e colegas da Universidade de Osaka, no Japão.

Fujiwara criou um termômetro confiável e preciso que não apenas funciona em animais microscópicos vivos, como também informa as mudanças de temperatura em tempo real.

O nanotermômetro é uma fusão da microscopia óptica de fluorescência com a tecnologia quântica, mais especificamente com a detecção de variações nos spins quânticos de diamantes em nanoescala, variações estas que são dependentes da temperatura. O mecanismo é o mesmo usado para criar qubits nos diamantes, usando pequenos "defeitos" na estrutura cristalina, conhecidos como vacâncias de nitrogênio.

A temperatura altera o spin dos elétrons no nanodiamante fluorescente, permitindo sua leitura direta pelo microscópio - os dados são interpretados por um algoritmo de computador.

Termometria

Para testar o conceito in vivo pela primeira vez, a equipe decorou a superfície dos nanodiamantes com estruturas de polímero e os injetou em vermes nematódeos C. elegans, um dos modelos de animais mais populares da biologia.

Uma vez dentro do organismo do verme, os nanodiamantes se moveram rapidamente, mas um algoritmo de termometria quântica conjugado ao microscópio permitiu rastreá-los e medir continuamente a temperatura com uma precisão de 0,22 °C.

Depois de descobrir a temperatura saudável básica dos vermes, a equipe induziu uma "febre" nas cobaias estimulando suas mitocôndrias com um tratamento farmacológico. O termômetro quântico observou com sucesso o aumento de temperatura e o monitorou durante toda a sua duração.

"Foi fascinante ver a tecnologia quântica funcionar tão bem em animais vivos e eu nunca imaginei que a temperatura de minúsculos vermes com menos de 1 mm de tamanho pudesse se desviar da norma e se transformar em febre," disse Fujiwara. "Nossos resultados são um marco importante que guiará a direção futura do sensoriamento quântico, pois mostra como ele contribui para a biologia."

Bibliografia:

Artigo: Real-time nanodiamond thermometry probing in vivo thermogenic responses
Autores: Masazumi Fujiwara, Simo Sun, Alexander Dohms, Yushi Nishimura, Ken Suto, Yuka Takezawa, Keisuke Oshimi, Li Zhao, Nikola Sadzak, Yumi Umehara, Yoshio Teki, Naoki Komatsu, Oliver Benson, Yutaka Shikano, Eriko Kage-Nakadai
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 37, eaba9636
DOI: 10.1126/sciadv.aba9636





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