“مقياس الحرارة” الكمي يأخذ درجات الحرارة داخل الخلايا السرطانية الحية

للتحقق من درجة حرارتك، يضع الأطباء مقياس حرارة تحت لسانك. ابتكر الباحثون الآن مقياس حرارة صغيرًا بما يكفي لفحص درجة حرارة خلية حية واحدة، وحتى المناطق الخلوية الفردية، مثل النواة. وبمجرد تحسينها، يمكن لتقنيات مماثلة أن تساعد العلماء على دراسة عملية التمثيل الغذائي والتفاعلات الكيميائية الأخرى للحياة على أصغر نطاق. تم الإبلاغ عن العمل يوم الأربعاء الماضي في تقدم العلوم¹.

لماذا يمكن أن تكون “البروتينات الكمومية” هي الشيء الكبير التالي في علم الأحياء

قبل الآن، كانت أفضل موازين الحرارة الخلوية الماس النانوي مع العيوب المعروفة باسم الشغور النيتروجيني المراكز. لكن كل ماسة تختلف قليلاً، مما يعني أن القراءات ليست متسقة عبر أجهزة الاستشعار.

ابتكر مؤلفو الورقة الجديدة بديلاً: أجهزة الاستشعار النانوية الكمومية الجزيئية. قام الفريق بدمج جزيئات من مركب هيدروكربوني يسمى البنتاسين في بلورة. ثم قاموا بقلب البلورة لتقسيمها إلى جزيئات أصغر، وتغليفها بالبوليمر أثناء هذه العملية لمنع التكتل والحفاظ على سلامتها للخلايا. كان عرض المستشعرات النهائية إما 200 أو 500 نانومتر، وهو جزء صغير من قطر خلية الدم الحمراء البشرية.

تُعتبر هذه المستشعرات كمومية؛ لأن سلوكها يعتمد على “التراكبات” بين حالات كمومية معينة لإلكترونات جزيئات البنتاسين، أي أن الإلكترونات تحتل حالات متعددة في وقت واحد.

الضوء الأخضر، الضوء الأحمر

تسليط أشعة الليزر الخضراء على أجهزة الاستشعار جعلها تتوهج باللون الأحمر. لكن تحفيز المستشعرات بموجات ميكروويف بترددات معينة أدى في نفس الوقت إلى إضعاف توهجها قليلاً. تؤثر درجة حرارة البيئة المحيطة بأجهزة الاستشعار (وبالتالي أجهزة الاستشعار نفسها) على التردد المسبب للضعف. توصل الباحثون إلى العلاقة الدقيقة بين التردد الذي أدى إلى التعتيم ودرجة الحرارة، مما سمح لهم باستنتاج أحدهما من الآخر.

تعمل الارتباطات الكمومية على تعزيز حساسية أجهزة استشعار درجة حرارة الغرفة

ولإدخال المستشعرات داخل الخلايا، قام العلماء إما بغمر الخلايا السرطانية في محاليل تحتوي على المستشعرات حتى يتم امتصاصها أو حقنها في النواة. بعد ذلك، طبق الفريق نظام الليزر والموجات الدقيقة على المستشعرات، ولاحظ ترددات الموجات الدقيقة التي تسببت في تعتيمها، وهو مؤشر لدرجة الحرارة الخلوية.