|
美國研究人員研發出一新型奈米溫度計，能用來測量活體細胞內的溫度變化。該裝置採用鑽石奈米微晶(diamond nanocrystal)並且透過奈米線(nanowire)注入細胞內部，可探測奈米尺度下僅1.8 mK的溫度起伏。若能進一步改良，此裝置將可望用來測量生物細胞內許多對溫度敏感的現象，甚至有助於癌症熱切除(thermoblative)治療的發展。
此實驗由哈佛(Harvard)大學的Mikhail Lukin研究團隊所完成。他們的奈米溫度計應用了鑽石中的氮空位(nitrogen vacancy, NV)缺陷，亦即兩相鄰碳原子分別被一個氮原子及空缺取代。氮空缺中心的基態會分裂成高低兩個能階，其能量差對應到躍遷頻率(transition frequency)。當鑽石的溫度變化時，此躍遷頻率亦隨之變動。此奈米測溫技術利用螢光光譜準確測量頻率的偏移，進而計算出奈米鑽石的溫度。由於鑽石的導熱性佳，其溫度應與周圍環境(此例中為生物細胞)相同。
團隊成員Peter Maurer表示，由於氮空缺中心極微小，量測用的奈米鑽石大小僅數十奈米，因此構成的溫度計不僅靈敏度高，而且與直徑約數微米的活細胞相容。在實驗中，研究人員利用奈米線作為針頭將此奈米測溫裝置注入生物細胞內，該溫度計能偵測小至1.8 mK的溫度起伏，感測距離可小至200 nm。
在另一實驗中，該團隊將此奈米鑽石溫度計與金奈米微粒結合，並以雷射光激發金微粒作為局部熱源。此方法能同時監測並控制生物細胞的溫度，實驗中的對象為胚胎纖維母細胞(human embryonic fibroblast)。研究人員甚至發現奈米金粒產生的熱可以用來殺死細胞，並已計算出摧毀細胞所需之熱量。
由於正常細胞與癌細胞有不同的產熱反應(thermogenesis)，因此可藉此加以辨別。團隊成員Georg Kucsko認為，熱切除治療法(thermoblative therapy)與奈米溫度計的結合，可望成為能辨識並摧毀腫瘤細胞但又能避免傷害周遭健康組織的利器。若能進一步提升靈敏度，此裝置可望能用來即時觀察奈米尺度下的生物細胞過程，甚至能監控其生化反應。若能結合奈米溫度計與雙光子顯微術(two-photon microscopy)，研究人員將能以細胞級的解析度繪製出體內細胞的產熱反應。詳見Nature | doi:10.1038/nature12373。 |