Оптическое измерение температуры в биологических объектах

Температура – важный биомаркер, регулирующий многие процессы в организме начиная с клеточного уровня. Температурные изменения влияют на метаболизм, экспрессию генов и механизмы клеточной гибели. Благодаря этому локальный контроль температуры не только помогает объяснить многие клеточные процессы, но и предоставляет возможность отслеживать течение заболеваний или контролировать эффективность терапии.

Главная проблема классической термометрии в том, что иглы и термопары слишком велики для клетки, поэтому на наномасштабе часто применяются методы оптической термометрии, которые основываются на регистрации температурно-зависимого оптического отклика от люминесцентных наночастиц. При облучении лазером они начинают светиться, и характеристики этого свечения (интенсивность, спектральное положение пика, время затухания флуоресценции) меняются в зависимости от температуры. Расшифровывая эти сигналы, мы можем «увидеть» температуру внутри клетки в режиме реального времени. Однако применение многих люминесцентных термометров ограничено из-за рассеяния света тканями, зависимости сигнала от концентрации наночастиц или сложности оборудования.

Наша научная группа решает эту проблему, создавая методики прецизионного неинвазивного контроля температуры во время фототермической терапии или фотоиндуцированной доставки веществ в клетки. Для этого мы применяем такие материалы как кремниевые, кремниево-золотые и кремниево-германиевые наночастицы, наночастицы оксида германия, наноалмазы с азото-замещенными вакансиями (NV-центры),а также редкоземельные металлы.

Таким образом мы хотим сделать лазерную терапию безопасной, контролируемой и предсказуемой.