Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο και το Πανεπιστήμιο της Αϊόβα προχώρησαν σε μια σημαντική ανακάλυψη: την ανάπτυξη ενός κβαντικού αισθητήρα ικανού να λειτουργεί μέσα σε ζωντανά κύτταρα. Η βασική καινοτομία βασίζεται στη χρήση νανοδιαμαντιών, τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί ξανά στο παρελθόν ως βιοαισθητήρες, αλλά με περιορισμένη επιτυχία. Το πρόβλημα έγκειται στο ότι όσο μικρότερο γίνεται το μέγεθος των νανοδιαμαντιών, τόσο μειώνεται η αποτελεσματικότητα των κβαντικών τους ιδιοτήτων.
Αναζητώντας λύση σε αυτόν τον περιορισμό, οι ερευνητές κατέφυγαν σε μια ασυνήθιστη πηγή έμπνευσης: τις τηλεοράσεις QLED. Σε αυτές, τα γνωστά ως quantum dots επιτυγχάνουν την εκπληκτική χρωματική τους απόδοση μόνο όταν προστατεύονται από ένα ειδικό περίβλημα. Με παρόμοια λογική, οι ερευνητές κάλυψαν τα νανοδιαμάντια με ένα λεπτό στρώμα σιλόξανης, ενός υλικού που βασίζεται στο πυρίτιο και το οξυγόνο. Το περίβλημα αυτό παρείχε διπλό πλεονέκτημα: αφενός προστάτευσε τον αισθητήρα από χημικές παρεμβολές στο περιβάλλον του κυττάρου και αφετέρου βελτίωσε τη βιοσυμβατότητα, αποτρέποντας την ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος.
Τα αποτελέσματα ξεπέρασαν κάθε προσδοκία. Οι αισθητήρες που περιβλήθηκαν με σιλόξανη εμφάνισαν τετραπλάσια σταθερότητα στην κβαντική τους συνοχή σε σχέση με τα μη προστατευμένα νανοδιαμάντια. Επιπλέον, παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση στη φωτεινότητα και στη σταθερότητα του ηλεκτρικού φορτίου. Η ομάδα του Uri Zvi, στην οποία συμμετείχαν επίσης οι Maurer, Esser-Kahn, Candido, Talapin και Flatté, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το όφελος δεν προέρχεται απλώς από την απομόνωση του αισθητήρα, αλλά από μια ενεργή αλληλεπίδραση ανάμεσα στο διαμάντι και τη σιλόξανη. Συγκεκριμένα, η επικάλυψη απομακρύνει ηλεκτρόνια από περιοχές που αποσταθεροποιούν την κβαντική λειτουργία, ενισχύοντας την αξιοπιστία και την ευαισθησία του αισθητήρα.
Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέους ορίζοντες στην παρακολούθηση βιολογικών διεργασιών. Με αισθητήρες μεγαλύτερης ευαισθησίας και ακρίβειας, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν φαινόμενα όπως η ανάπτυξη των ασθενειών από τα πρώτα τους στάδια, κάτι που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν σχεδόν ανέφικτο. Επιπλέον, η επιστημονική εμβάθυνση γύρω από το φαινόμενο αυτό προσφέρει ένα πρότυπο για τη μελλοντική σχεδίαση νέων κβαντικών υλικών, εισάγοντας μια νέα μηχανική προσέγγιση στον χώρο.
Αξιοσημείωτο είναι πως η επιτυχία αυτή ήρθε μέσα από τη συνεργασία φαινομενικά άσχετων επιστημονικών πεδίων: η κβαντική φυσική συνδυάστηκε με τη μηχανική του ανοσοποιητικού συστήματος και τις τεχνολογίες οθονών, δημιουργώντας μια απρόσμενη σύνθεση γνώσεων. Μέσα από αυτή τη διεπιστημονική ματιά, δόθηκε απάντηση σε ένα παλιό ερώτημα: γιατί τα νανοδιαμάντια χάνουν τη συνοχή τους; Η απάντηση φαίνεται πως βρίσκεται στην ίδια την επιφάνειά τους και στη χημική τους αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.
Στο μέλλον, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη ακόμα πιο εξελιγμένων διαγνωστικών εργαλείων, ικανών να παρακολουθούν βιολογικές διεργασίες σε πραγματικό χρόνο, σε επίπεδο μεμονωμένων κυττάρων.
[via]
