Vedci z University of Chicago a University of Iowa vyvinuli nový typ nanodiamantových senzorov, ktoré dokážu fungovať priamo vo vnútri živých buniek. Tieto senzory majú schopnosť sledovať biologické procesy na kvantovej úrovni a otvárajú dvere k veľmi skorému odhaľovaniu ochorení, ako je rakovina alebo cukrovka. Ich výnimočnosť spočíva v použití ochrannej vrstvy z oxidu kremičitého, teda siliky, podobnej tej, aká sa využíva pri výrobe QLED obrazoviek. Na tému upozornil portál InterestingEngineering.

Inšpirácia z televízorov priniesla riešenie pre biológiu

Diamanty totiž v sebe môžu obsahovať špeciálne defekty nazývané NV centrá. Tie reagujú na jemné zmeny magnetického poľa, teploty alebo elektrických signálov a dajú sa využiť ako vysoko citlivé senzory. Problém však nastával v okamihu, keď sa tieto diamanty zmenšili na veľkosť potrebnú na prienik do bunky. Kvantové vlastnosti sa tým výrazne oslabovali a senzory tak strácali svoju funkčnosť.

Midjourney/Úprava redakcie

Tím vedcov preto hľadal spôsob, ako stabilizovať tieto nanosenzory, aby si zachovali citlivosť aj pri malých rozmeroch. Inšpiráciu našli v oblasti spotrebnej elektroniky, konkrétne v technológii QLED. Tam sa na ochranu kvantových bodiek používa kremičitý obal, ktorý zabraňuje ich degradácii a zachováva ich svietivosť

Vedci túto koncepciu preniesli do biofyziky a vytvorili nanodiamantové častice, ktorých povrch pokryli tenkou vrstvou siliky. Tento obal pôsobí ako štít, ktorý chráni citlivé NV centrá pred poškodením a šumom z vonkajšieho prostredia. Po starostlivom nastavení hrúbky obalu a úprave väzieb medzi kremíkom a diamantovým povrchom sa podarilo dosiahnuť pozoruhodný výsledok. Senzory boli stabilné a ich signál bol takmer dvojnásobne silnejší ako u neobalených častíc.

Nový nástroj pre bunkovú diagnostiku budúcnosti

Najdôležitejší dôkaz funkčnosti týchto senzorov prišiel až pri ich testovaní v živých bunkách. Vedci pozorovali, že aj po zavedení do biologického prostredia dokázali senzory vysielať čisté kvantové signály. Tým sa potvrdilo, že tento prístup môže výrazne posunúť hranice diagnostiky na bunkovej úrovni. Umožní to sledovať procesy ako zmeny pH, hladinu glukózy či prítomnosť patogénov priamo vnútri buniek a to ešte predtým, než sa prejavia prvé symptómy ochorení.

Bing Image Creator

„Nejde len o lepší senzor, ale o nový kvantitatívny rámec pre inžinierstvo koherencie a stability náboja v kvantových nanomateriáloch,“ uviedol hlavný autor výskumu Uri Zvi.

Táto technológia tak nielenže zvyšuje presnosť diagnostiky, ale zároveň prináša nový spôsob, ako navrhovať a stabilizovať kvantové materiály pre biomedicínu. Výsledky ukazujú, že spojenie fyziky, chémie a bioinžinierstva môže viesť k skutočne prelomovým objavom, ktoré majú potenciál zmeniť modernú medicínu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky