Pesquisadores usam minúsculos diamantes para criar intra

Nanodiamantes capturados opticamente podem ser usados ​​para medir temperatura, campos magnéticos e outras propriedades dentro de células vivas

ÓPTICO

imagem: Esquema da configuração óptica usada para captura óptica (a) com uma imagem do nanodiamante fluorescente (FND) dentro de uma célula de leucemia (b).Veja mais

Crédito: Fatemeh Kalantarifard, Universidade Técnica da Dinamarca

Pesquisadores usam pequenos diamantes para criar sensores intracelulares

Nanodiamantes capturados opticamente podem ser usados ​​para medir temperatura, campos magnéticos e outras propriedades dentro de células vivas

VANCOUVER - Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de estudar a intrincada dinâmica dentro das células vivas, usando partículas de nanodiamante opticamente aprisionadas como sensores intracelulares. Usando pinças ópticas personalizadas, a equipe de pesquisa prendeu as partículas dentro da célula em baixa potência enquanto a célula estava viva. O trabalho representa um avanço importante na detecção quântica, que aproveita a mecânica quântica para analisar mudanças no nível atômico.

Os pesquisadores usaram pinças ópticas para prender partículas de nanodiamante dentro de células de leucemia individuais e, em seguida, demonstraram como as partículas podem ser usadas para medir o ruído magnético dentro da célula. Fatemeh Kalantarifard, da Universidade Técnica da Dinamarca, detalhará o trabalho no Congresso de Biofotônica da Optica, realizado em Vancouver, British Columbia e on-line de 23 a 27 de abril de 2023. A apresentação de Kalantarifard está agendada para segunda-feira, 24 de abril, às 15:00-15:15 PDT (UTC – 07:00).

Nanodiamantes capturados opticamente Nanodiamantes fluorescentes (FNDs) têm despertado interesse como emissores e sensores promissores para várias aplicações. Uma das propriedades mais notáveis ​​dos FNDs é a detecção de parâmetros físicos, incluindo temperatura e campo magnético, por sensoriamento quântico. A detecção quântica do diamante é baseada em um defeito paramagnético no diamante, o centro de vacância de nitrogênio (NV), que permite a leitura da rotação do elétron dependente da temperatura e do campo magnético em nanoescala.

Recentemente, os pesquisadores usaram nanodiamantes fluorescentes contendo centros NV como sensores intracelulares. No trabalho apresentado na conferência, os pesquisadores combinaram o aprisionamento de FNDs com técnicas de medição de fotoluminescência baseadas em spin comuns na detecção baseada em diamante em uma única célula. Os FNDs foram primeiro endocitados por células de uma linha celular de leucemia humana e, em seguida, foram capturados por um laser infravermelho próximo (comprimento de onda de 1064 nm) em baixa potência enquanto a célula permaneceu viva.

Detecção em nanoescala Uma vez que os nanodiamantes estavam posicionados dentro das células e/ou na superfície celular, os pesquisadores realizaram medições de relaxometria T1 para testar suas capacidades de detecção. Este método envolve ligar e desligar um pulso de laser verde (comprimento de onda de 532 nm) que polariza os spins dos elétrons dos centros NV e permite que eles voltem ao equilíbrio. Como a configuração polarizada exibe fluorescência mais forte do que o estado de equilíbrio, os pesquisadores determinam a taxa de relaxamento do spin monitorando opticamente o nível de intensidade da fluorescência.

Como o ruído magnético no ambiente circundante afeta a taxa de relaxamento do spin, comparar as taxas de relaxamento do spin entre os nanodiamantes posicionados em lugares diferentes permite aos pesquisadores mapear o ruído magnético dentro da célula. A demonstração mostra que nanodiamantes fluorescentes capturados opticamente podem representar um método preciso e flexível para analisar propriedades como campo magnético e temperatura dentro de células vivas.

"A combinação de captura óptica de nanopartículas de diamante e detecção quântica baseada em nanodiamante pode fornecer uma ferramenta poderosa para estudar as propriedades mecânicas das células. A captura óptica pode ajudar a manter os sensores baseados em nanodiamante com alta precisão, permitindo medições mais precisas em nível de nanoescala. Em particular, as medições de relaxometria T1 de nanodiamantes capturados opticamente podem ser usadas para a detecção de radicais livres nas células. Os radicais livres são moléculas altamente reativas que podem causar danos às células e tecidos. Eles são produzidos naturalmente no corpo devido ao metabolismo e também podem ser gerados pela exposição a fatores ambientais, como radiação ou toxinas", disse Kalantarifard. "O uso de nanodiamantes capturados opticamente para detecção de radicais livres oferece várias vantagens, incluindo alta sensibilidade, não invasão e capacidade de monitorar mudanças em tempo real no tempo de relaxamento T1. Essa técnica pode ser usada para estudar os efeitos do estresse oxidativo na células e podem ter aplicações potenciais no diagnóstico e tratamento de doenças como câncer e doenças neurodegenerativas."