Исследователи из Национального института квантовой науки и технологий, Токийского университета и университета Кюсю разработали биосовместимые молекулярные квантовые наносенсоры (MoQNs). Технология позволяет с беспрецедентной точностью измерять температуру и обнаруживать химические радикалы внутри живых клеток, в том числе в цитоплазме и ядре.
Ранее ученые применяли для этих целей твердые квантовые сенсоры, например, наноалмазы с дефектами кристаллической решетки. Из-за неоднородности таких сенсоров возникали погрешности в данных. Новые MoQNs построены на основе пентаценовых молекулярных спиновых кубитов, защищенных органическими нанокристаллами, — все датчики идентичны, что гарантирует высокую точность показаний.
Пентаценовые молекулярные спиновые кубиты — это органические молекулы с особыми магнитными свойствами (спинами), которые служат базовыми элементами для квантовых измерений. Органические нанокристаллы создают защитную оболочку вокруг них, обеспечивая стабильность и биосовместимость в живой клетке.
Наносенсоры покрыты специальным поверхностно-активным веществом для обеспечения их биосовместимости. Они проникают в клетки, не повреждая мембраны, не нарушают обмен веществ и естественные циклы роста. В ходе испытаний MoQNs успешно зафиксировали температурные колебания внутри ядра клетки и выявили отдельные «горячие точки». Кроме того, датчики способны отслеживать окислительный стресс — изменения в спиновом поведении молекул в цитоплазме и ядре. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Эта работа показывает, что MoQNs могут работать непосредственно внутри живых клеток, сохраняя точность, необходимую для абсолютной термометрии. Мы считаем, что это открывает новые возможности для количественного квантового измерения внутриклеточной среды
Технология может стать основой для сверхточных термометров и химических детекторов микроскопического уровня и в перспективе — произвести революцию в медицине.
Ранее Наука Mail рассказывала, что новый датчик за час обнаружит активную форму туберкулеза.
