Ученые из Чикагского университета (США) выявили влияние электрических полей на показания внутриклеточных алмазных биосенсоров. Открытие опровергает прошлые теории о температурных аномалиях и позволяет проводить мониторинг биологических процессов без искажений. Статья опубликована в журнале Advanced Materials.
Квантовые сенсоры на основе наноалмазов используются биологами для сбора данных о жизнедеятельности изолированных клеток. При помещении в биологическую среду приборы фиксируют сдвиги энергетических уровней, известные как расщепление в нулевом поле. Ранее в научном сообществе доминировала гипотеза о том, что данные колебания вызваны локальными изменениями температуры. Эти изменения связывали с активными химическими реакциями внутри изучаемых образцов.
Пытаясь снизить токсичность датчиков для живых тканей, команда инженеров покрыла алмазы оболочкой из диоксида кремния. Модификация неожиданно привела к повышению стабильности показаний и подавлению фиксируемых энергетических сдвигов. Дальнейший анализ выявил, что покрытие блокировало потерю электронов с поверхности кристалла. Это указывало на то, что источником помех выступали не тепловые процессы, а электрические поля.
Опровержение температурной теории
Эксперимент с изолирующим слоем позволил физикам разделить влияние различных факторов на квантовый датчик. Поскольку температура среды оставалась идентичной для обоих типов сенсоров, тепловая природа возмущений была исключена. Обычные датчики регистрировали изменения, которые биологи ранее интерпретировали как скачки температуры на несколько градусов в течение получаса. В масштабах отдельной клетки такие термодинамические процессы физически невозможны.
Понимание истинной причины колебаний меняет подход к интерпретации данных, полученных в предыдущих исследованиях. Теперь электрические сигналы могут быть использованы в качестве самостоятельного маркера для анализа активности внутриклеточных структур. Физики разработали теоретическую базу для разделения сигналов электрического поля и реальных температурных флуктуаций. Это значительно повышает общую разрешающую способность применяемого метода.
Новая методология открывает возможности для непрерывного отслеживания этапов клеточной дифференцировки. Инструмент позволит биологам наблюдать за процессом трансформации здоровых клеток в раковые образования в реальном времени. Аналогичным образом можно контролировать специализацию иммунных клеток при ответе на инфекцию. Технология формирует основу для создания более совершенных диагностических платформ.
Инженеры продолжают экспериментировать с материалами оболочек для оптимизации работы квантовых зондов. Целью является создание линейки сенсоров, реагирующих на строго определенные химические или физические триггеры. Внедрение таких устройств в исследовательскую практику ускорит разработку таргетных лекарственных препаратов. Физики планируют расширить спектр регистрируемых внутриклеточных параметров.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые НГУ создали экологичный фоторезистор на основе графена.