A temperatura e a troca de calor estão na base dos processos biológicos em todo o reino da Natureza. Vários desses processos biológicos estão associados a mudanças de temperatura na ordem de alguns graus ou mesmo abaixo de 0,1 graus Celsius. Por exemplo, em répteis uma diferença de menos de um grau na temperatura de incubação do ovo determina o sexo do recém-nascido. O corpo humano não é exceção:um pequeno aumento de temperatura acima do nível basal pode alterar a dinâmica celular ou induzir o desmantelamento de uma matriz tumoral, e durante as convulsões ocorrem mudanças na temperatura cerebral de algumas casas decimais. Para monitorar de forma confiável esses processos, são necessárias abordagens que perturbem minimamente o sistema de estudos e tenham uma precisão termométrica abaixo de 0,1 graus Celsius.
Para isso, em um novo estudo publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas da Espanha e Portugal decifrou o código para uma maior precisão na leitura térmica usando nanotermômetros luminescentes. São nanomateriais cujas propriedades ópticas são sensíveis a mudanças de temperatura, e podem ser inseridos em (micro)ambientes biológicos para atuar como nanossondas de temperatura até o nível de célula única. Com seu tamanho reduzido, eles atendem ao pré-requisito de perturbação mínima do sistema apalpado. No entanto, ao operar em ambientes aquosos, a precisão na leitura da temperatura é geralmente superior a 0,1 graus Celsius.

Para calibrar um nanotermômetro luminescente, as mudanças nas propriedades ópticas do nanomaterial são correlacionadas quantitativamente com as variações na temperatura do ambiente circundante. Essa calibração passa pela seleção de um parâmetro termométrico adequado e pela aquisição de um conjunto de dados de calibração, ou seja, a fotoluminescência (absorção de fótons seguida de emissão de fótons) do nanotermômetro é registrada em função de um conjunto de temperaturas. Através do uso de abordagens de análise de grandes dados coletivamente chamadas de redução de dimensionalidade, os pesquisadores demonstraram que é possível automatizar a seleção do parâmetro termométrico que maximiza a precisão da abordagem termométrica.

"A calibração de um nanotermômetro luminescente costumava envolver uma tediosa abordagem de tentativa e erro em que diferentes parâmetros termométricos, como mudanças de cor e intensidade, eram testados independentemente. E, embora o parâmetro selecionado fosse o melhor entre os investigados, havia não há garantia de que foi o melhor. Com a abordagem que propomos, pode-se conectar facilmente um conjunto de dados de calibração e você é automaticamente recompensado com a mais alta precisão que seu nanotermômetro pode oferecer", disseram os cientistas.

"Para alcançar esse resultado, empregamos abordagens matemáticas que estão na base das tecnologias que estão se popularizando rapidamente em nossa sociedade, como reconhecimento de rosto e voz e dispositivos de cancelamento de ruído. Essas abordagens de redução de dimensionalidade são algoritmos poderosos capazes de reconhecer os recursos mais significativos de uma classe de objetos e desconsiderar detalhes menores que são em geral menos significativos. Esse treinamento do algoritmo permite, por exemplo, o reconhecimento de objetos."

"As abordagens de redução de dimensionalidade permitem explorar todo o potencial da nanotermometria luminescente, garantindo que toda vez que o nanotermômetro usado esteja funcionando nos mais altos padrões. correlacioná-los com eventos fisiológicos."

Os pesquisadores acrescentaram que "estão confiantes de que veremos um florescimento de exemplos em que abordagens matemáticas semelhantes são empregadas para minimizar o componente humano e melhorar o desempenho das tecnologias de detecção". + Explorar mais

Nanotermômetro intracelular tem versatilidade sem precedentes