研究者は小さなダイヤモンドを使用して内部構造を作成します

光学的に捕捉されたナノダイヤモンドは、生細胞内の温度、磁場、その他の特性の測定に使用できる可能性がある

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画像: 光トラッピングに使用される光学セットアップの概略図 (a) と白血病細胞内の蛍光ナノダイヤモンド (FND) の画像 (b)。もっと見る

クレジット: Fatemeh Kalantarifard、デンマーク工科大学

研究者は小さなダイヤモンドを使用して細胞内センサーを作成します

光学的に捕捉されたナノダイヤモンドは、生細胞内の温度、磁場、その他の特性の測定に使用できる可能性がある

バンクーバー -- 研究者らは、光学的に捕捉されたナノダイヤモンド粒子を細胞内センサーとして使用することにより、生きた細胞内の複雑な動態を研究する新しい方法を開発した。 研究チームは特注の光ピンセットを使用し、細胞が生きている間に低出力で粒子を細胞内に捕捉した。 この研究は、量子力学を利用して変化を原子レベルで分析する量子センシングの重要な進歩を表している。

研究者らは、光ピンセットを使用して単一の白血病細胞内にナノダイヤモンド粒子を捕捉し、その粒子を細胞内の磁気ノイズの測定にどのように使用できるかを実証しました。 デンマーク工科大学のファテメ・カランタリファード氏は、2023年4月23日から27日までオンラインでブリティッシュコロンビア州バンクーバーで開催されるオプティカのバイオフォトニクス会議での研究について詳しく説明します。カランタリファード氏のプレゼンテーションは、4月24日月曜日の15:00～15:15 PDT (UTC)に予定されています。 – 07:00）。

光トラップされたナノダイヤモンド蛍光ナノダイヤモンド (FND) は、さまざまな用途の有望なエミッターおよびセンサーとして関心が高まっています。 FND の最も注目すべき特性の 1 つは、量子センシングによる温度や磁場などの物理パラメータの検出です。 ダイヤモンド量子センシングは、ダイヤモンドの常磁性欠陥である窒素空孔 (NV) 中心に基づいており、温度と磁場に依存する電子スピンをナノスケールで読み取ることができます。

最近、研究者らはNV中心を含む蛍光ナノダイヤモンドを細胞内センサーとして使用した。 カンファレンスで発表された研究では、研究者らはFNDのトラッピングと、単一セル内でのダイヤモンドベースのセンシングで一般的なスピンベースのフォトルミネッセンス測定技術を組み合わせた。 FND は最初にヒト白血病細胞株の細胞によってエンドサイトーシスされ、次に細胞が生きたまま低出力の近赤外レーザー (波長 1064 nm) によって捕捉されました。

ナノスケールセンシングナノダイヤモンドが細胞内および/または細胞表面上の所定の位置に配置されると、研究者らはその感知能力をテストするためにT1リラクソメトリー測定を実施した。 この方法では、緑色 (波長 532 nm) レーザー パルスのオンとオフを切り替えて、NV 中心の電子スピンを分極させ、平衡状態に戻します。 偏光配置は平衡状態よりも強い蛍光を示すため、研究者は蛍光の強度レベルを光学的に監視することでスピン緩和率を決定します。

周囲環境の磁気ノイズはスピン緩和率に影響を与えるため、異なる場所に配置されたナノダイヤモンド間のスピン緩和率を比較することで、研究者は細胞内の磁気ノイズをマッピングすることができます。 この実証は、光学的に捕捉された蛍光ナノダイヤモンドが、生細胞内の磁場や温度などの特性を分析する正確かつ柔軟な方法となる可能性があることを示しています。

「ダイヤモンドナノ粒子の光トラッピングとナノダイヤモンドベースの量子センシングの組み合わせは、細胞の機械的特性を研究するための強力なツールを提供できます。光トラッピングはナノダイヤモンドベースのセンサーを高精度で保持するのに役立ち、ナノスケールレベルでのより正確な測定が可能になります。」特に、光学的に捕捉されたナノダイヤモンドの T1 リラクソメトリー測定は、細胞内のフリーラジカルの検出に使用できます。フリーラジカルは、細胞や組織に損傷を引き起こす可能性のある反応性の高い分子です。フリーラジカルは、代謝により体内で自然に生成され、生成されることもあります放射線や毒素などの環境要因への曝露によるものです」とカランタリファード氏は語った。 「光学的にトラップされたナノダイヤモンドをフリーラジカル検出に使用すると、高感度、非侵襲性、T1 緩和時間の変化をリアルタイムで監視できる機能など、いくつかの利点が得られます。この技術は、酸化ストレスの影響を研究するために使用できます。」細胞を研究しており、がんや神経変性疾患などの病気の診断や治療に応用できる可能性があります。」

Optica Biophotonics Congress について Optica Biophotonics Congress は、生物医学光学と生命科学の光学に焦点を当てた年次会議で、隔年開催されます。 2023 年の会議「Optica Biophotonics Congress: Optics in the Life Sciences」では、顕微鏡イメージングおよび関連アプリケーションの高度な技術に焦点を当て、光学イメージングの最新のツールと技術を探求します。 会議は、対面およびバーチャル参加のオプションを備えたハイブリッド会議形式で開催されます。 詳細については、https://www.optica.org/en-us/events/congress/biophotonics_congress/ をご覧ください。

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