Los investigadores utilizan pequeños diamantes para crear intra

Los nanodiamantes atrapados ópticamente podrían usarse para medir la temperatura, los campos magnéticos y otras propiedades dentro de las células vivas

ÓPTICO

imagen: esquema de la configuración óptica utilizada para el atrapamiento óptico (a) con una imagen del nanodiamante fluorescente (FND) dentro de una célula de leucemia (b).ver más

Crédito: Fatemeh Kalantarifard, Universidad Técnica de Dinamarca

Investigadores usan diminutos diamantes para crear sensores intracelulares

Los nanodiamantes atrapados ópticamente podrían usarse para medir la temperatura, los campos magnéticos y otras propiedades dentro de las células vivas

VANCOUVER - Los investigadores han desarrollado una nueva forma de estudiar la intrincada dinámica dentro de las células vivas mediante el uso de partículas de nanodiamante atrapadas ópticamente como sensores intracelulares. Usando pinzas ópticas hechas a medida, el equipo de investigación atrapó las partículas dentro de la célula a baja potencia mientras la célula estaba viva. El trabajo representa un avance importante en la detección cuántica, que aprovecha la mecánica cuántica para analizar cambios a nivel atómico.

Los investigadores utilizaron pinzas ópticas para atrapar partículas de nanodiamantes dentro de células individuales de leucemia y luego demostraron cómo se pueden usar las partículas para medir el ruido magnético dentro de la célula. Fatemeh Kalantarifard de la Universidad Técnica de Dinamarca detallará el trabajo en el Congreso de Biofotónica de Optica que se llevará a cabo en Vancouver, Columbia Británica y en línea del 23 al 27 de abril de 2023. La presentación de Kalantarifard está programada para el lunes 24 de abril a las 15:00-15:15 PDT (UTC – 07:00).

Nanodiamantes atrapados ópticamente Los nanodiamantes fluorescentes (FND) han suscitado interés como emisores y sensores prometedores para diversas aplicaciones. Una de las propiedades más notables de los FND es la detección de parámetros físicos, incluidos la temperatura y el campo magnético, mediante detección cuántica. La detección cuántica de diamantes se basa en un defecto paramagnético en el diamante, el centro de vacancia de nitrógeno (NV), que permite leer la temperatura y el giro del electrón dependiente del campo magnético a nanoescala.

Recientemente, los investigadores han utilizado nanodiamantes fluorescentes que contienen centros NV como sensores intracelulares. En el trabajo presentado en la conferencia, los investigadores combinaron la captura de FND con técnicas de medición de fotoluminiscencia basadas en espín comunes en la detección basada en diamantes en una sola celda. Los FND fueron endocitados primero por células de una línea celular de leucemia humana, y luego fueron atrapados por un láser IR cercano (longitud de onda de 1064 nm) a baja potencia mientras la célula permanecía viva.

Detección a nanoescala Una vez que los nanodiamantes estuvieron en su lugar dentro de las células y/o en la superficie celular, los investigadores realizaron mediciones de relaxometría T1 para probar sus capacidades de detección. Este método consiste en encender y apagar un pulso de láser verde (longitud de onda de 532 nm) que polariza los espines de los electrones de los centros NV y luego les permite volver al equilibrio. Dado que la configuración polarizada exhibe una fluorescencia más intensa que el estado de equilibrio, los investigadores determinan la tasa de relajación del espín mediante el control óptico del nivel de intensidad de la fluorescencia.

Debido a que el ruido magnético en el entorno circundante afecta la tasa de relajación del espín, la comparación de las tasas de relajación del espín entre nanodiamantes colocados en diferentes lugares permite a los investigadores mapear el ruido magnético dentro de la célula. La demostración muestra que los nanodiamantes fluorescentes atrapados ópticamente podrían representar un método preciso y flexible para analizar propiedades como el campo magnético y la temperatura dentro de las células vivas.

"La combinación de atrapamiento óptico de nanopartículas de diamante y detección cuántica basada en nanodiamantes puede proporcionar una herramienta poderosa para estudiar las propiedades mecánicas de las células. El atrapamiento óptico puede ayudar a mantener los sensores basados ​​en nanodiamantes con alta precisión, lo que permite mediciones más precisas a nivel de nanoescala. En particular, las mediciones de relaxometría T1 de nanodiamantes atrapados ópticamente se pueden usar para la detección de radicales libres en las células. Los radicales libres son moléculas altamente reactivas que pueden causar daño a las células y los tejidos. Se producen naturalmente en el cuerpo debido al metabolismo y también se pueden generar por la exposición a factores ambientales como la radiación o las toxinas", dijo Kalantarifard. "El uso de nanodiamantes atrapados ópticamente para la detección de radicales libres ofrece varias ventajas, que incluyen alta sensibilidad, no invasividad y la capacidad de monitorear cambios en tiempo real en el tiempo de relajación T1. Esta técnica se puede usar para estudiar los efectos del estrés oxidativo en y pueden tener aplicaciones potenciales en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer y los trastornos neurodegenerativos".

Acerca del Congreso de Biofotónica Optica Optica Biophotonics Congress es una reunión anual que se centra en la óptica biomédica y la óptica en las ciencias de la vida en años alternos. La reunión de 2023, Optica Biophotonics Congress: Optics in the Life Sciences, explora las últimas herramientas y técnicas en imágenes ópticas con un enfoque en técnicas avanzadas para imágenes microscópicas y aplicaciones relacionadas. La reunión se presentará en un formato de conferencia híbrida con opciones de participación presencial y virtual. Más información en https://www.optica.org/en-us/events/congress/biophotonics_congress/.

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