纳米金刚石传感器既可作为热源又可作为温度计

来自大阪大学、昆士兰大学和新加坡国立大学工程学院的一组科学家使用涂有散热聚合物的微小纳米金刚石来探测细胞的热特性。当用来自激光的光照射时，传感器充当加热器和温度计，可以计算细胞内部的热导率。这项工作可能会导致一套新的基于热的治疗方法来杀死细菌或癌细胞。

尽管细胞是所有生物体的基本单位，但在体内研究某些物理特性仍然很困难。例如，细胞的热导率，以及当一侧热而另一侧冷时热量可以流过物体的速率仍然是个谜。我们知识中的这一差距对于开发针对癌细胞的热疗法以及回答有关细胞操作的基本问题等应用非常重要。

现在，该团队开发了一种技术，可以确定具有空间分辨率的活细胞内部的热导率约 200 nm。他们创造了涂有聚合物聚多巴胺的微小钻石，当被激光照射时，它会发出荧光和热量。实验表明，这种颗粒是无毒的，可用于活细胞。当在液体或细胞内时，热量会提高纳米金刚石的温度。在具有高热导率的介质中，纳米金刚石不会因为热量快速逸散而变得非常热，但是在低热导率的环境中，纳米金刚石变得更热。至关重要的是，发射光的特性取决于温度，因此研究团队可以计算从传感器到周围环境的热流率。

具有良好的空间分辨率允许在细胞内的不同位置进行测量。“我们发现，由混合纳米传感器测量的细胞中的热扩散速率比纯水中慢几倍，这是一个令人着迷的结果，仍在等待全面的理论解释并且取决于位置，”资深作者塔拉斯普拉霍特尼克说。

“除了改善癌症的热疗法外，我们认为这项工作的潜在应用将有助于更好地了解代谢紊乱，例如肥胖症，”资深作者 Madoka Suzuki 说。该工具还可用于基础细胞研究，例如实时监测生化反应。

文章“使用加热器温度计混合金刚石纳米传感器原位测量细胞内热导率”发表在《科学进展》上。

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