Los nanodiamantes sienten el calor
El sensor de nanodiamante puede actuar como fuente de calor y como termómetro, y puede conducir a un nuevo conjunto de tratamientos basados en el calor para matar bacterias o células cancerígenas.
Un equipo de científicos de la Universidad de Osaka, la Universidad de Queensland y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur utilizaron diminutos nanodiamantes recubiertos con un polímero que libera calor para investigar las propiedades térmicas de las células. Al ser irradiados con la luz de un láser, los sensores actuaban tanto como calentadores como termómetros, permitiendo calcular la conductividad térmica del interior de una célula. Este trabajo puede conducir a un nuevo conjunto de tratamientos basados en el calor para matar bacterias o células cancerosas.
a) Ilustración de la estructura de un sensor cuántico de nanodiamante recubierto con un polímero pirogénico, y cómo funciona como un nano calentador/termómetro híbrido. b) Imagen de microscopio electrónico de los sensores híbridos. c) Principio de funcionamiento del sensor híbrido para medir la conductividad térmica nanométrica. En un medio con alta conductividad térmica, el aumento de temperatura del sensor de diamante es moderado, porque el calor se difunde fácilmente. En cambio, en un medio con baja conductividad térmica, el aumento de la temperatura es significativamente mayor. La conductividad térmica intracelular puede determinarse midiendo el cambio de temperatura de los sensores híbridos en las células.
Osaka University
a) Los aumentos de temperatura observados con los sensores híbridos en el aire, el agua, el aceite y en el interior de la célula. Estos resultados son coherentes con la idea de que los aumentos de temperatura más elevados se producen en los disolventes con conductividades térmicas más pequeñas. Los valores de la bibliografía para las conductividades térmicas del aire, el agua y el aceite son 0,026, 0,61 y 0,135 W/m* K, respectivamente. b) Imagen microscópica de campo brillante de una célula HeLa con un sensor híbrido en su interior.
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Aunque la célula es la unidad fundamental de todos los organismos vivos, algunas propiedades físicas siguen siendo difíciles de estudiar in vivo. Por ejemplo, la conductividad térmica de una célula, así como la velocidad a la que el calor puede fluir a través de un objeto si un lado está caliente mientras el otro lado está frío, sigue siendo un misterio. Este vacío en nuestro conocimiento es importante para aplicaciones como el desarrollo de terapias térmicas dirigidas a células cancerígenas, y para responder a preguntas fundamentales sobre el funcionamiento de las células.
Ahora, el equipo ha desarrollado una técnica que puede determinar la conductividad térmica dentro de las células vivas con una resolución espacial de unos 200 nm. Crearon diminutos diamantes recubiertos con un polímero, la polidopamina, que emiten tanto luz fluorescente como calor cuando son iluminados por un láser. Los experimentos mostraron que tales partículas no son tóxicas y pueden ser usadas en las células vivas. Cuando está dentro de un líquido o una célula, el calor eleva la temperatura del nanodiamante. En medios con alta conductividad térmica, el nanodiamante no se calentó mucho porque el calor se escapó rápidamente, pero en un ambiente de baja conductividad térmica, los nanodiamantes se calentaron más. Crucialmente, las propiedades de la luz emitida dependen de la temperatura, por lo que el equipo de investigación pudo calcular la tasa de flujo de calor del sensor a los alrededores.
Tener una buena resolución espacial permitió hacer mediciones en diferentes lugares dentro de las células. "Encontramos que la tasa de difusión de calor en las células, medida por los nanosensores híbridos, era varias veces más lenta que en el agua pura, un resultado fascinante que aún espera una explicación teórica completa y que dependía de la ubicación", dice el autor principal Taras Plakhotnik.
"Además de mejorar los tratamientos contra el cáncer basados en el calor, creemos que las aplicaciones potenciales de este trabajo darán como resultado una mejor comprensión de los trastornos metabólicos, como la obesidad", dice la autora principal Madoka Suzuki. Esta herramienta también puede utilizarse para la investigación celular básica, por ejemplo, para monitorizar las reacciones bioquímicas en tiempo real.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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