Sciam


Clique e assine Sciam
Notícias

Nanotermômetro mede temperatura de células vivas

Efeitos quânticos em diminutos cristais de diamante podem detectar minúsculas variações de temperatura

Georg Kucsko/Nature
Pesquisadores aqueceram partes específicas de uma célula usando luz laser e mediram a temperatura com nanodiamantes.

Por Davide Castelvecchi e revista Nature

Uma ferramenta originalmente desenvolvida para computadores quânticos agora é capaz de mapear mudanças de temperatura dentro de uma célula viva.

A técnica explora efeitos quânticos em minúsculos cristais de diamante, ou “nanodiamantes”, para detectar alterações de alguns milésimos de grau.

Além disso, os pesquisadores conseguiram aquecer partes selecionadas da célula com um laser. “Agora temos uma ferramenta para monitorar a temperatura a um nível celular e podemos estudar como os sistemas biológicos reagem a mudanças de temperatura”, afirma Peter Maurer, físico da Harvard University em Cambridge, Massachusetts, e membro da equipe que publicou a notícia em 1 de agosto no site da revista Nature.

O diamante revelou ser um material útil para lidar com informações quânticas.

Na computação clássica, os dados são armazenados em dígitos binários, ou “bits”, que podem ser um 0 ou 1.

Um bit quântico, ou “qubit”, por outro lado, pode assumir esses dois valores, além de um número infinito de intermediários.

O diamante armazena os qubits em sua estrutura de cristais de carbono como se fossem elétrons de impurezas. Tipicamente, as impurezas compreendem um átomo de nitrogênio que substituiu um dos átomos de carbono e uma lacuna, ou “vaga”, de um único átomo ao lado do nitrogênio.

Os pesquisadores manipularam com sucesso esses “ocos” de nitrogênio — o que foi um passo para usá-los para realizar cálculos quânticos.

Como os elétrons do nitrogênio são extremamente sensíveis a campos magnéticos, os cristais de diamante também se mostraram promissores para o imageamento por ressonância magnética.

E como as sondas magnéticas são muito sensíveis a pequenas variações de temperatura, os pesquisadores começaram a transformar essa potencial deficiência em vantagem, utilizando as sondas como termômetros de precisão. Agora, Maurer e seus colegas colocaram a ferramenta a serviço da biologia.

Sinal vermelho

Em sua mais recente técnica, os pesquisadores usaram um nanofio para injetar cristais de diamante em uma célula embrionária humana. Em seguida, iluminaram a célula com uma luz laser verde, fazendo com que as impurezas de nitrogênio fluorescessem em vermelho.

As variações nas temperaturas locais no interior da célula afetam a intensidade da luz vermelha emitida pelos centros de nitrogênio e vazios. Os pesquisadores conseguiram medir essa intensidade e usá-la para calcular a temperatura do nanodiamante correspondente. Como o diamante é um bom condutor de calor, o nanocristal provavelmente tem a mesma temperatura que seu ambiente celular imediato.

Os pesquisadores também injetaram na célula nanopartículas de ouro e, em seguida, concentraram um laser nelas para aquecer partes diferentes da célula. Graças aos seus minúsculos termômetros de diamante, eles foram capazes de verificar com precisão onde e quanto a temperatura subia.

Um termômetro de diamante poderia ser uma ferramenta útil para a biologia básica, diz Maurer, observando que diversos processos biológicos, que vão da expressão de genes ao metabolismo celular, são fortemente afetados pela temperatura.

Os biólogos puderam estudar o desenvolvimento de organismos simples, como o nematoda Caenorhabditis elegans, por exemplo, ao controlarem a temperatura local. “Você poderia aquecer células individuais e estudar se as células vizinhas retardam ou aceleram sua taxa de reprodução”, diz Maurer.