據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站8月1日（北京時(shí)間）報(bào)道，納米鉆石可用于量子計(jì)算機(jī)中處理量子信息，而哈佛大學(xué)的研究人員利用納米鉆石的量子效應(yīng)，將其變?yōu)?ldquo;溫度計(jì)”，測(cè)量出了人類胚胎干細(xì)胞內(nèi)部的溫度變化，精確度是現(xiàn)有技術(shù)的10倍。通過加入金納米粒子，研究人員還能夠利用激光對(duì)細(xì)胞的特定部分加熱甚至殺死細(xì)胞，這有望提供一種新的治療癌癥而不損害健康組織的方法，以及研究細(xì)胞行為的新手段。研究論文發(fā)表在本周的《自然》雜志上。
在這項(xiàng)最新研究中，研究人員使用納米線將直徑約100納米的鉆石晶體注入一個(gè)人類胚胎干細(xì)胞中，然后用綠色激光照射細(xì)胞，使氮雜質(zhì)發(fā)出紅色熒光。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)局部溫度出現(xiàn)變化時(shí)，紅色熒光的強(qiáng)度會(huì)受到影響。通過測(cè)量熒光的強(qiáng)度，便可以計(jì)算出相應(yīng)的納米鉆石的溫度。由于鉆石具有良好的導(dǎo)熱性，就可以像溫度計(jì)一樣顯示出其所處細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的即時(shí)溫度。
研究人員同時(shí)還將金納米粒子注入細(xì)胞內(nèi)，然后用激光來加熱細(xì)胞的不同部位，加熱點(diǎn)的選擇和溫度升高多少都可由納米鉆石“溫度計(jì)”來精確控制。“現(xiàn)在我們有了一個(gè)可以在細(xì)胞水平上控制溫度的工具，讓我們能夠研究生物系統(tǒng)對(duì)溫度變化的反應(yīng)。”參與該研究的哈佛大學(xué)物理學(xué)家彼得·毛瑞爾說。
他指出，基礎(chǔ)生物學(xué)涉及到的很多生物過程，從基因表達(dá)到細(xì)胞新陳代謝，都會(huì)受到溫度的強(qiáng)烈影響，納米鉆石“溫度計(jì)”將是一個(gè)有用的工具。例如，通過控制線蟲的局部溫度，生物學(xué)家可以了解簡(jiǎn)單有機(jī)體的發(fā)育。“你可以加熱單個(gè)細(xì)胞，研究其周圍的細(xì)胞是否會(huì)減慢或者加快它們的繁殖率。”毛瑞爾說。
目前也有一些其他測(cè)量細(xì)胞溫度的方法，比如利用熒光蛋白或碳納米管，但這些測(cè)量手段在敏感性和準(zhǔn)確度方面都有欠缺，因?yàn)槠渲械囊恍┏煞謺?huì)和細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。毛瑞爾說，他們的納米鉆石“溫度計(jì)”的敏感度至少提高了10倍，能夠檢測(cè)出細(xì)微到0.05開的溫度波動(dòng)。而且其還有改進(jìn)的余地，因?yàn)樵诨罴?xì)胞外部，該“溫度計(jì)”的敏感度已經(jīng)達(dá)到0.0018開的溫度波動(dòng)。記者陳丹
總編輯圈點(diǎn)
這樣的“溫度計(jì)”應(yīng)該造價(jià)不菲，好在鉆石是納米級(jí)的。而其能夠檢測(cè)出細(xì)微到0.05開的溫度波動(dòng)，讓其他測(cè)量細(xì)胞溫度的方法難以望其項(xiàng)背，我們有理由相信，這項(xiàng)技術(shù)不僅僅只應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。目前晶體管已經(jīng)達(dá)到極小量度，在20或30納米級(jí)別，離原子級(jí)別已經(jīng)不遠(yuǎn)。然后，最重要的事情就是要理解熱量散播和設(shè)備電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，只有掌握這方面的知識(shí)，才能真正操控原子級(jí)設(shè)備，而納米鉆石“溫度計(jì)”或許能派上大用場(chǎng)。