Uma equipe da Universidade da Cidade de Osaka, em colaboração com outros parceiros internacionais, demonstrou ser confiável, preciso, termômetro baseado em microscópio usando tecnologia quântica que mede a temperatura de animais microscópicos. A tecnologia detecta propriedades dependentes da temperatura de spins quânticos em nanodiamantes fluorescentes.

A pesquisa é publicada em Avanços da Ciência .

O microscópio óptico é uma das ferramentas mais básicas para análise em biologia, usando luz visível para observar estruturas microscópicas diretamente. No laboratório moderno, Microscópio Fluorescente, uma versão aprimorada de microscopia óptica usando biomarcadores fluorescentes, agora está mais difundido. Avanços recentes na microscopia de fluorescência permitiram imagens ao vivo dos detalhes de uma estrutura, e através disso, obtenção de vários parâmetros fisiológicos nessas estruturas, como pH, espécies reativas de oxigênio e temperatura.

A detecção quântica é uma tecnologia que explora a sensibilidade máxima dos frágeis sistemas quânticos ao ambiente circundante. As ressonâncias magnéticas de alto contraste são exemplos de spins quânticos em diamantes fluorescentes e são alguns dos sistemas quânticos mais avançados trabalhando na vanguarda das aplicações do mundo real. As aplicações desta técnica à biologia térmica foram introduzidas há sete anos para quantificar as temperaturas dentro das células cultivadas. Contudo, eles ainda precisavam ser aplicados a sistemas biológicos dinâmicos onde o calor e a temperatura estão mais ativamente envolvidos nos processos biológicos.

A equipe de pesquisa decorou a superfície dos nanodiamantes com estruturas poliméricas e os injetou em vermes nematódeos C. elegans, um dos modelos de animais mais populares da biologia. Os pesquisadores procuraram aprender a temperatura base saudável dos vermes. Uma vez dentro, os nanodiamantes se moveram rapidamente, mas o novo algoritmo de termometria quântica da equipe os rastreou com sucesso e mediu continuamente a temperatura. Os pesquisadores induziram febre nos vermes, estimulando suas mitocôndrias com um tratamento farmacológico. O termômetro quântico da equipe observou com sucesso um aumento de temperatura nos vermes.

"Foi fascinante ver a tecnologia quântica funcionar tão bem em animais vivos, e nunca imaginei que a temperatura de minúsculos vermes com menos de 1 mm de tamanho pudesse se desviar da norma e se tornar febre, "disse Masazumi Fujiwara, professor do Departamento de Ciências da Universidade da Cidade de Osaka. "Nossos resultados são um marco importante que guiará a direção futura do sensoriamento quântico, pois mostra como ele contribui para a biologia, "