เซ็นเซอร์ที่ใช้นาโนไดมอนด์ซึ่งวัดค่าการนำความร้อนของเซลล์ที่มีชีวิตที่ความละเอียดระดับเซลล์ย่อยสามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจได้ดีขึ้นว่าสิ่งมีชีวิตสร้างและควบคุมความร้อนได้อย่างไร การรวมการส่งความร้อนและการตรวจจับเข้าไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียว นาโนเซนเซอร์ตัวใหม่สามารถช่วยในการพัฒนาวิธีการรักษามะเร็งโดยใช้ความร้อนได้ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนกทุกตัวสร้างความร้อน
ภายในตัวของมันเอง ดังนั้นพืชและปลาบางชนิด
ก็เช่นกัน อย่างไรก็ตาม กลไกที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการสร้างและควบคุมความร้อนนี้ ซึ่งเกิดขึ้นจากแหล่งชีวเคมีภายในเซลล์แล้วไหลผ่านเซลล์เพื่อทำให้ร่างกายอบอุ่นขึ้นทั้งหมด ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้
เทคนิคที่เรียกว่า luminescence nanothermometry มักใช้เพื่อวัดการไหลของความร้อนในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากความละเอียดของมันสูงเพียงพอสำหรับนักวิจัยในการระบุการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเซลล์ ความผันแปรเหล่านี้อาจมีนัยสำคัญ โดยการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ระบุว่าอุณหภูมิในส่วนใดส่วนหนึ่งของเซลล์อาจอุ่นกว่าหรือเย็นกว่าอีก 1 K
การวัดค่าการนำความร้อนภายในเซลล์ภายในเซลล์ อย่างไรก็ตาม มีปัญหากับการวัดเหล่านี้: อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่สังเกตได้จากการทดลองในห้องปฏิบัติการนั้นมีขนาดใหญ่กว่าการเพิ่มขึ้นที่คาดการณ์ไว้โดยใช้แบบจำลองทางฟิสิกส์ของการสร้างความร้อนในระดับเซลล์ เพื่อตรวจสอบความแตกต่างนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซาก้า ประเทศญี่ปุ่น; มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย; และมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ได้สร้างอุปกรณ์สองในหนึ่งเดียวที่ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิในขณะที่ยังสร้างความร้อนที่ตำแหน่งเดียวกัน อุปกรณ์นี้ช่วยให้สมาชิกในทีมสามารถวัดค่าการนำความร้อนภายในเซลล์ได้ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของแบบจำลองการสร้างความร้อนจากเซลลูลาร์
อุปกรณ์ใหม่นี้ผลิตโดยทีมที่นำโดย Madoka Suzuki
จาก Institute of Protein Researchของ โอซาก้า ประกอบด้วย nanodiamonds เรืองแสงที่เคลือบด้วยพอลิเมอร์ที่ปล่อยความร้อนที่เรียกว่า polydopamine เมื่อฉายรังสีด้วยแสงเลเซอร์ นาโนไดมอนด์จะปล่อยแสงในขณะที่ PDA ร้อนขึ้น
นักวิจัยได้วางอุปกรณ์ไฮบริดไว้ในเซลล์ชีวภาพสองประเภทคือ HeLa และพวกเขาพบว่า PDA ร้อนขึ้นในเซลล์ที่มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเซลล์ที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่า เนื่องจากความร้อนจะกระจายตัวช้ากว่าในอดีต เนื่องจากการเรืองแสงของนาโนไดมอนด์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ นักวิจัยจึงสามารถใช้การเรืองแสงนี้ในการคำนวณอัตราการไหลของความร้อนจากอุปกรณ์ไปยังสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ของเทคนิค 200 นาโนเมตรยังช่วยให้พวกเขาทำการวัดที่จุดต่างๆ ภายในเซลล์ได้
ซูซูกิและเพื่อนร่วมงานคำนวณว่าค่าการนำความร้อนเฉลี่ยสำหรับเซลล์ทั้งสองเซลล์มีค่าประมาณ 0.11 W/m/K สมาชิกในทีมTaras Plakhotnikนักฟิสิกส์จากควีนส์แลนด์อธิบายว่าสิ่งนี้เป็นผลที่ “น่าทึ่ง” เพราะมันมีขนาดเล็กกว่าค่าการนำความร้อนเฉลี่ยของน้ำ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 0.6 W/m/K เนื่องจากน้ำเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเซลล์ที่มีชีวิต ผลลัพธ์นี้จึงจำเป็นต้องมีคำอธิบายเชิงทฤษฎีที่ครอบคลุม Plakhotnik กล่าว
การใช้ในการรักษาเช่นเดียวกับเครื่องมือในการศึกษาการนำไฟฟ้าของเซลล์ นักวิจัยเชื่อว่า PDA ของพวกเขาสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการรักษาโรคมะเร็งโดยใช้ความร้อน (ความร้อนด้วยแสง) การรักษาดังกล่าวทำงานโดยการเพิ่มอุณหภูมิของเซลล์มะเร็งให้สูงพอที่จะฆ่าพวกมันได้ แต่การทำเช่นนี้มักจะฆ่าเซลล์ที่มีสุขภาพดีในบริเวณใกล้เคียงในกระบวนการ การทำความเข้าใจการไหลของความร้อนในเซลล์ทั้งสองประเภทจะทำให้การรักษาปลอดภัยยิ่งขึ้น Suzuki กล่าว
ผลกระทบจากความร้อนของพีดีเอยังสามารถทำให้มีประสิทธิภาพ
มากขึ้นโดยการติดอนุภาคนาโนทองคำเข้ากับพื้นผิวของพวกมัน อนุภาคนาโนเหล่านี้เป็นตัวดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดี และทำให้ร้อนขึ้นด้วยปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเรโซแนนซ์พลาสมอนพื้นผิว ซึ่งอิเล็กตรอนบนพื้นผิวมีบทบาทสำคัญ
ทฤษฎีการถ่ายเทความร้อนเป็นสากล ตอนนี้สมาชิกของทีมวางแผนที่จะปรับปรุงความแม่นยำและความละเอียดเชิงพื้นที่ของการวัดของพวกเขา “เราต้องการทำความเข้าใจว่าทำไมเราจึงสังเกตเห็นการนำความร้อนต่ำเช่นนี้สำหรับเซลล์สองสายที่เราศึกษา” Plakhotnik และ Suzuki กล่าว กับ Physics World งานพื้นฐานดังกล่าวอาจทำให้เราสามารถอธิบายที่มาของ ‘จุดร้อน’ ที่สังเกตพบในเซลล์ทางชีววิทยาได้
ไฟหมุนเวียน ความไวของ FOG สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มระยะทางที่แสงเดินทาง เช่น โดยการส่งแสงลงมาตามสายไฟเบอร์ออปติกที่ยาวกว่า ไจโรสโคปใยแก้วนำแสง Resonator (RFOGs) ใช้ประโยชน์จากหลักการนี้โดยเชื่อมต่อปลายเส้นใยแก้วนำแสงเพื่อสร้างตัวสะท้อนแสง เนื่องจากแสงส่วนใหญ่เดินทางหลายครั้งรอบๆ คอยล์ไฟเบอร์ RFOG จึงมีความละเอียดอ่อนมากกว่า FOG ธรรมดา และความแตกต่างที่เกิดจากการหมุนใดๆ ในความยาวของเส้นทางจะแสดงเป็นความแตกต่างในความถี่เรโซแนนซ์ในแต่ละทิศทาง
อย่างไรก็ตาม เอฟเฟกต์แสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นบางอย่างสามารถลดประสิทธิภาพของ RFOG ได้ Glen Sandersหัวหน้าโครงการกล่าวว่าการระบุเส้นใยนำแสงที่มีภูมิคุ้มกันต่อผลกระทบดังกล่าวได้พิสูจน์แล้วและเสริมว่าเขาและทีมงานของเขาที่ Honeywell International ได้ตรวจสอบก่อนหน้านี้ว่าเส้นใยกลวงที่กักแสงไว้ตรงกลางหรือช่องว่างที่เต็มไปด้วยก๊าซอาจเอาชนะ ปัญหา.
ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นแม้แต่น้อยในการศึกษาล่าสุดซึ่งปรากฏในOptics Lettersนักวิจัยที่นำโดยAustin Tarantaจากมหาวิทยาลัย Southamptonในสหราชอาณาจักรใช้เส้นใยกลวงชนิดหนึ่งที่เรียกว่าเส้นใยป้องกันเสียงสะท้อนแบบไม่มีโหนด (NANF) เส้นใยประเภทนี้แสดงผลแบบไม่เชิงเส้นน้อยกว่าเส้นใยแกนกลวงอื่นๆ และยังมีการลดทอนทางแสงที่ต่ำ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของเรโซเนเตอร์เนื่องจากความเข้มของแสงคงที่ตลอดระยะการแพร่กระจายที่ยาวขึ้น อันที่จริง NANF มีการสูญเสียแสงต่ำสุดของเส้นใยกลวง – และสำหรับสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าหลายส่วนการสูญเสียใยแก้วนำแสงที่ต่ำที่สุด Taranta กล่าว
Credit : sagebrushcantinaculvercity.com saltysrealm.com sandersonemployment.com sangbackyeo.com sciencefaircenterwater.com
