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量子温度计可深入单细胞内测温

日本东京大学和千叶大学科学家研制出一种新型量子温度计。它小到可深入单个活细胞,测量细胞核等微小区域的温度。这类技术将帮助科学家在最小尺度上,探究生命的新陈代谢与各种化学反应。相关论文发表在新一期《科学进展》杂志上。

研究团队将一种名为并五苯的碳氢化合物分子嵌入晶体内,然后搅动晶体,使之分解成更微小的颗粒。在此过程中,他们用聚合物包裹这些颗粒,以防它们聚集成块,并确保其对细胞安全无害。最终得到的传感器直径仅200或500纳米,比人类红细胞还要小。

这种量子传感器的行为取决于并五苯分子内电子特定量子态之间的“叠加”,也就是电子同时占据多个状态。

向传感器发射绿色激光,会使其发出红光;若同时用特定频率的微波去刺激它,那红光便会略微变暗。传感器周围环境的温度,也包括它自身的温度,会影响变暗所需的微波频率。团队精确计算出了触发变暗的频率与温度之间的对应关系,从而能据此反推出温度。

为将传感器送入细胞内部,团队将癌细胞浸泡在含有传感器的溶液中,任其被吸收,或直接将传感器注入细胞核。随后,他们对传感器施加激光和微波,并观察哪些频率的微波让红光变暗,从而精确计算出细胞的温度。

这款分子量子传感器显示出极高的准确性,多个传感器的测量值相差不超过0.3℃。相比之下,纳米金刚石传感器温度测量结果往往相差好几度。利用这种新型量子传感器,团队发现,同一细胞内部不同区域的温差可高达1℃。

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