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jueves, 1 de agosto de 2013

TERMÓMETRO A ESCALA MANOMÉTRICA TOMA LA TEMPERATURA EN UNA CÉLULA VIVA

Representación artística de una novedosa técnica para el control de la temperatura a escala nanométrica en el interior de una célula viva, utilizando técnicas de óptica cuántica. La imagen muestra una representación de una célula que contiene nanodiamantes y nanopartículas de oro, la cual se calienta mediante un haz de láser externo, utilizandose nanodiamantes para sondeae la temperatura local. Crédito: cortesía de Georg Kucsko


Un nuevo nanotermómetro que podría ser utilizado para medir las variaciones de temperatura en las células vivas ha sido creado por investigadores de la Universidad de Harvard en los EE.UU.. El dispositivo, que se basa en nanocristales de diamante y se "inyecta" en el interior de las células utilizando nanocables, puede detectar las fluctuaciones de temperatura tan pequeñas como 1,8 milikelvin sobre escalas de longitud nanómetricas.
El sondeo sensible a las variaciones de temperatura a escalas nanométricas es un desafío que aún sigue pendiente en muchas áreas de la ciencia moderna y la tecnología. En particular, un termómetro que sea capaz de leer en sub grados resoluciones de la temperatura en un amplio abanico de temperaturas, así como la integración dentro de un sistema vivo, podría proporcionar una nueva y poderosa herramienta en muchas áreas de la investigación biológica, física y química.
Las posibilidades van desde el control de la temperatura inducida por la expresión de genes y el metabolismo de un tumor para el tratamiento de la célula-selectiva de la enfermedad y el estudio de la disipación de calor en los circuitos integrados, mediante la combinación de fuentes de calor inducidos por la luz local  vía una termometría sensible a nanoescala y que también pueda ser posible diseñar procesos biológicos a nivel subcelular. 
Aquí se demuestra un nuevo enfoque para la termometría a nanoescala que utiliza la manipulación coherente del spin electrónico asociado con centros de color nitrógeno de vacantes en el diamante. Esta técnica hace que sea posible la detección de las variaciones de temperatura muy pequeñas. Si se mejora aún más, podría ser utilizado para sondear una serie de fenómenos sensibles a la temperatura en células biológicas, y puede incluso ayudar en el desarrollo de tratamientos contra el cáncer "thermoblative".

Termometría submicrométrica con nanodiamantes - Escaneo de frecuencia de un solo nanodiamante que contiene aproximadamente 500 centros de nitrógeno vacantes. Los cuatro puntos rojos indican la frecuencia de medición utilizados al medir la temperatura como se detalla en M. Crédito: Nature

En su nuevo trabajo, los investigadores, dirigidos por Mikhail Lukin , de la Universidad de Harvard, utilizaron centros vacantes de nitrógeno (NV) en diamantes explotados. NVs son defectos que se producen cuando dos átomos de carbono vecinos están reemplazados por un átomo de nitrógeno y un sitio vacío de celosía.
El estado fundamental de un centro de NV se divide en dos niveles de energía - bajo y alto - y la diferencia de energía entre los dos niveles que se conoce como la frecuencia de transición. Cuando los diamantes se enfrían o se calienta, la frecuencia de transición NV cambia en consecuencia. La nueva técnica nanotermométrica funciona midiendo con precisión este cambio - que puede ser detectada usando espectroscopia de fluorescencia - y luego utilizar esta medición para calcular la temperatura exacta del nanodiamante. Y ya que el diamante es un buen conductor del calor, es probable que tenga la misma temperatura que su entorno inmediato - en este caso una célula biológica.
"Gracias al pequeño tamaño de un centro de NV individuo, diamantes sólo unas pocas decenas de nanómetros de tamaño se pueden emplear en las mediciones," explica el miembro del equipo de Peter Maurer , que es un miembro del grupo de Lukin. "Esto permite un termómetro muy sensible que también es compatible con el tamaño de las células vivas, que son en sí mismos micras de diámetro."
El dispositivo, que los investigadores inyectaron a las células biológicas durante sus experimentos con "agujas" nanocables, pueden detectar cambios de temperatura tan pequeñas como 1,8 mK (en una muestra mayor de diamantes ultra-puros) y en distancias tan cortas como 200 nm.
El trabajo liderado por Mikhail Lukin, Peter Maurer et al., se encuentra en la revista Nature  500 (54-58) del 01 de agosto de 2013.
Fuente:  Physics World / Nature / Nanotechweb

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