연구원들은 작은 다이아몬드를 사용하여 내부를 생성합니다.

광학적으로 갇힌 나노다이아몬드는 살아있는 세포 내부의 온도, 자기장 및 기타 특성을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

광학

이미지: 백혈병 세포 내부의 형광 나노다이아몬드(FND) 이미지(b)와 함께 광학 트래핑(a)에 사용되는 광학 설정의 도식입니다.더보기

크레딧: 덴마크 기술대학교 Fatemeh Kalantarifard

연구원들은 작은 다이아몬드를 사용하여 세포 내 센서를 만듭니다.

광학적으로 갇힌 나노다이아몬드는 살아있는 세포 내부의 온도, 자기장 및 기타 특성을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

밴쿠버 – 연구원들은 광학적으로 포획된 나노다이아몬드 입자를 세포내 센서로 사용하여 살아있는 세포 내의 복잡한 역학을 연구하는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀은 맞춤형 광학 핀셋을 사용하여 세포가 살아있는 동안 저전력으로 세포 내부의 입자를 가두었습니다. 이 연구는 양자 역학을 활용하여 원자 수준의 변화를 분석하는 양자 감지의 중요한 발전을 나타냅니다.

연구진은 광학 핀셋을 사용하여 단일 백혈병 세포 내부에 나노다이아몬드 입자를 가둔 다음 입자를 사용하여 세포 내 자기 잡음을 측정하는 방법을 시연했습니다. 덴마크 기술 대학의 Fatemeh Kalantarifard는 브리티시 컬럼비아 밴쿠버에서 2023년 4월 23~27일 온라인으로 개최되는 Optica의 Biophotonics Congress에서 작업에 대해 자세히 설명할 예정입니다. Kalantarifard의 프레젠테이션은 4월 24일 월요일 15:00~15:15 PDT(UTC)에 예정되어 있습니다. – 07:00).

광학적으로 갇힌 나노다이아몬드 형광 나노다이아몬드(FND)는 다양한 응용 분야에서 유망한 방사체 및 센서로 관심을 불러일으켰습니다. FND의 가장 놀라운 특성 중 하나는 양자 감지를 통해 온도, 자기장 등 물리적 매개변수를 감지하는 것입니다. 다이아몬드 양자 감지는 질소공극(NV) 중심인 다이아몬드의 상자성 결함을 기반으로 하며, 이를 통해 나노규모에서 온도 및 자기장 의존 전자 스핀을 판독할 수 있습니다.

최근 연구자들은 NV 센터를 포함하는 형광 나노 다이아몬드를 세포 내 센서로 사용했습니다. 컨퍼런스에서 발표된 연구에서 연구원들은 FND의 트래핑을 단일 셀의 다이아몬드 기반 감지에서 흔히 사용되는 스핀 기반 광발광 측정 기술과 결합했습니다. FND는 먼저 인간 백혈병 세포주의 세포에 의해 세포내이입된 다음, 세포가 살아있는 동안 저전력에서 근적외선 레이저(1064 nm 파장)에 의해 포획되었습니다.

나노규모 감지 나노다이아몬드가 세포 내부 및/또는 세포 표면에 배치되면 연구자들은 감지 능력을 테스트하기 위해 T1 완화측정 측정을 수행했습니다. 이 방법에는 NV 중심의 전자 스핀을 분극화한 다음 평형 상태로 되돌리는 녹색(532nm 파장) 레이저 펄스를 켜고 끄는 작업이 포함됩니다. 편광 구성은 평형 상태보다 더 강한 형광을 나타내기 때문에 연구자들은 형광 강도 수준을 광학적으로 모니터링하여 스핀 완화율을 결정합니다.

주변 환경의 자기 잡음이 스핀 완화율에 영향을 미치기 때문에 연구자들은 서로 다른 위치에 있는 나노다이아몬드 간의 스핀 완화율을 비교하여 세포 내의 자기 잡음을 매핑할 수 있습니다. 이번 시연은 광학적으로 포획된 형광 나노다이아몬드가 살아있는 세포 내 자기장 및 온도와 같은 특성을 분석하는 정확하고 유연한 방법을 나타낼 수 있음을 보여줍니다.

"다이아몬드 나노입자의 광학적 트래핑과 나노다이아몬드 기반 양자 감지의 결합은 세포의 기계적 특성을 연구하기 위한 강력한 도구를 제공할 수 있습니다. 광학적 트래핑은 나노다이아몬드 기반 센서를 높은 정밀도로 고정하는 데 도움이 되어 나노 규모 수준에서 보다 정확한 측정이 가능합니다. 특히, 광학적으로 포획된 나노다이아몬드의 T1 이완측정법 측정은 세포 내 활성산소 검출에 사용될 수 있습니다. 활성산소는 세포와 조직에 손상을 일으킬 수 있는 반응성이 높은 분자입니다. 활성산소는 신진대사로 인해 체내에서 자연적으로 생성되며 생성될 수도 있습니다. Kalantarifard는 방사선이나 독소와 같은 환경 요인에 노출되어 발생한다고 말했습니다. "자유 라디칼 검출을 위해 광학적으로 포획된 나노다이아몬드를 사용하면 높은 감도, 비침습성, T1 이완 시간의 실시간 변화를 모니터링하는 능력 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 이 기술은 산화 스트레스가 신체에 미치는 영향을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 세포이며 암 및 신경퇴행성 장애와 같은 질병의 진단 및 치료에 잠재적으로 응용될 수 있습니다."