• Springe zu Management
  • Springe zu Hauptmenü
  • Springe zu Seiteninhalt
CHIC Logo
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
WISTA direkt
Suche
  • CHIC Logo
  • Aktuelles
    • News / Termine
    • Newsletter
    • CHIC auf LinkedIn
  • Firmenverzeichnis
  • Arbeitswelten
  • Gesundheits­netzwerk
  • Campus Charlottenburg
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
WISTA direkt

Aktuelles

  • News / Termine
  • Newsletter
  • CHIC auf LinkedIn
  • Charlottenburg
  • Aktuelles
14. September 2020

Erstmalige Quantenmessung der Temperatur in einem lebenden Organismus

Forscherteam von Humboldt-Universität und Osaka City University entwickelt und testet nur wenige Nanometer großen Quantensensor

Abb.: Masazumi Fujiwara, Osaka City University
Schema des Experiments: Mit Hilfe von Laserlicht (grün) kann die charakteristische Mikrowellenresonanzlinie (in orange: Mikrowellenantenne) von Nanodiamanten in einem Fadenwurm (typische Länge 1 mm) unter einem Mikroskop aufgenommen werden. Da diese von der Temperatur abhängt, kann eine Temperaturänderung sehr präzise und lokal gemessen werden. Abb.: Masazumi Fujiwara, Osaka City University

Die genaue Messung der Temperatur in lebenden Organismen bei gleichzeitig höchster, räumlicher Auflösung ist sehr wichtig, um Stoffwechselprozesse genau untersuchen zu können. Allerdings war eine solche Messung bislang unmöglich, weil präzise und zuverlässige Nanothermometer oder Nanotemperatursonden fehlten. Das internationale Forscherteam um Prof. Oliver Benson von der Humboldt-Universität zu Berlin und Prof. Masazumi Fujiwara von der Osaka City University hat nun einen nur wenige Nanometer großen Quantensensor entwickelt und mit diesem Temperaturveränderungen in einem Fadenwurm messen können, dem eine pharmakologische Substanz verabreicht wurde. Die Resultate öffnen den Weg für vielfältige Anwendungen der neuartigen Quantensensorik in der biomedizinischen Forschung, z.B. für die Aufnahme hochauflösender Wärmebilder.

Die Wissenschaftler verwendeten in ihrem Experiment kleine Diamanten mit Durchmessern von wenigen 10 Nanometern (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter). Diese Nanodiamanten enthalten leuchtende (fluoreszierende) Quantendefekte, die man unter einem optischen Mikroskop beobachten kann. Mit Hilfe von eingestrahlten Mikrowellen lässt sich die Helligkeit der leuchtenden Quantendefekte verändern. Bei einer ganz bestimmten Mikrowellenfrequenz erscheinen die Defekte etwas dunkler. Diese so genannte Resonanzfrequenz hängt von der Temperatur ab. Die Forscher konnten nun die Verschiebung der Resonanzfrequenz sehr genau bestimmen und damit die Temperaturänderung am Ort der Nanodiamanten präzise bestimmen.

Die Nanodiamanten wurden in einen Fadenwurm (C. Elegans) eingebracht. C. Elegans ist ein sehr gut verstandenes Modellsystem und wird in vielen biophysikalischen und biochemischen Experimenten untersucht. Durch Gabe einer pharmakologischen Substanz konnten in einzelnen Zellen des Wurms die Mitochondrien, also gewissermaßen die „Kraftwerke“ der Zellen, zu erhöhter Aktivität angeregt werden. Dies zeigte sich als eine leichte lokale Temperaturerhöhung von wenigen Grad.

Die Forscher zeigten sich fasziniert von den Ergebnissen des Experimentes.
Masazumi Fujiwara, Professor an der Osaka City University: „Ich hätte nie gedacht, dass die neuen Methoden der Quantentechnologie sogar bei lebenden Organismen so gut funktionieren.“

Prof. Oliver Benson von der Humboldt-Universität ergänzt: „Mit diesen vielversprechenden Resultaten sind wir sehr zuversichtlich, dass die Quantensensorik sich auch in der Biochemie und Biomedizin etablieren wird.“

Die Forscherteams arbeiten nun daran, ihre Messmethode weiter zu verbessern und zu automatisieren, damit sie einfach in Standardmikroskopie-Aufbauten integriert werden kann.

Veröffentlichung

Science Advances: Real-time nanodiamond thermometry probing in vivo thermogenic responses
Masazumi Fujiwara, Simo Sun, Alexander Dohms, Yushi Nishimura, Ken Suto, Yuka Takezawa, Keisuke Oshimi, Li Zhao, Nikola Sadzak, Yumi Umehara, Yoshio Teki, Naoki Komatsu, Oliver Benson, Yutaka Shikano, and Eriko Kage-Nakadai
Vol. 6, no. 37, 11 Sep 2020, DOI: 10.1126/sciadv.aba9636
 

Funding

Osaka City University Strategic Research Grant. Murata Science Foundation.
JSPS-KAKENHI (20H00335, 16K13646, 17H02741, 19K14636, 17H02738).

MEXT-LEADER program. Sumitomo Research Foundation. Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR 1493).
 

Kontakt

Oliver Benson
Nano-Optik
Institut für Physik und IRIS Adlershof
Humboldt-Universität zu Berlin
Tel.: +49 30 2093-4711
oliver.benson(at)physik.hu-berlin.de

 

Pressemitteilung HU vom 14.09.2020

Hochschulen Photonik / Optik

Meldungen dazu

  • Förderung von 25 Mio. Euro zur Stärkung des Wissenschafts- und Wirtschaftsstandortes

    „Berlin Quantum Alliance“ geht an den Start, um vorhandene Kompetenzen in der Quantentechnologie nachhaltig auszubauen
  • Mehr Lichtteilchen durch optische Nanofaser

    HU-Forscherteam setzt mit Kollegen aus Japan Patent eines Mikroresonators um

Verknüpfte Einrichtungen

  • Humboldt-Universität zu Berlin | Institut für Physik
  • Integrative Research Institute for the Sciences - IRIS Adlershof, Humboldt-Universität zu Berlin
  • LinkedInmitteilen0
  • Facebookteilen0
  • WhatsAppteilen0
  • E-Mail
  • © WISTA Management GmbH
  • Impressum
  • Datenschutz
  • Social Media
  • Kontakt
  • Newsletter
Zukunftsort Charlottenburg Logo