Un termometro quantistico rileva la temperatura di animali microscopici

Un team dell’Università di Osaka, in collaborazione con altri partner internazionali, ha dimostrato un termometro basato su microscopio affidabile e preciso, che utilizza la tecnologia quantistica che misura la temperatura per animali microscopici. La tecnologia rileva le proprietà dipendenti dalla temperatura degli spin quantistici nei nanodiamanti fluorescenti. La ricerca è pubblicata su Science Advances.

Il microscopio ottico è uno degli strumenti più basilari per l’analisi in biologia, utilizzando la luce visibile per osservare direttamente le strutture microscopiche. Nel laboratorio moderno, la microscopia a fluorescenza, una versione migliorata della microscopia ottica che utilizza biomarcatori fluorescenti, è ora più diffusa. I recenti progressi nella microscopia a fluorescenza hanno consentito l’imaging dal vivo dei dettagli di una struttura e, attraverso questo, l’ottenimento di vari parametri fisiologici in queste strutture, come il pH, le specie reattive dell’ossigeno e, appunto, la temperatura.

Il nuovo termometro quantistico

Il rilevamento quantistico è una tecnologia che sfrutta la massima sensibilità dei fragili sistemi quantistici all’ambiente circostante. Le applicazioni di questa tecnica alla biologia termica sono state introdotte sette anni fa per quantificare le temperature all’interno delle cellule coltivate. Tuttavia, dovevano ancora essere applicati a sistemi biologici dinamici in cui il calore e la temperatura sono coinvolti più attivamente nei processi biologici.

Il team di ricerca ha decorato la superficie dei nanodiamanti con strutture polimeriche e le ha iniettate nei vermi nematodi C. elegans, uno degli animali modello più popolari in biologia. I ricercatori hanno cercato di conoscere la temperatura salutare di base dei vermi. Una volta all’interno, i nanodiamanti si sono mossi rapidamente, ma il nuovo algoritmo di termometria quantistica del team li ha tracciati con successo e ha misurato costantemente la temperatura. I ricercatori hanno indotto la febbre nei vermi stimolando i loro mitocondri con un trattamento farmacologico. Il termometro quantistico del team ha osservato con successo un aumento della temperatura nei vermi.