新型纳米温度计可测量单电池内部的温度

莱斯大学的化学家对BODIPY分子进行了修饰，使其可以用作细胞内的纳米温度计。左侧的图表是荧光寿命显微照片的汇编，显示了分子对温度的响应，以摄氏度为单位。右边的分子结构在底部显示了转子，对其进行了修改以限制360度旋转。插图由梅雷迪思·奥格尔（Meredith Ogle）/米大学（Rice University）绘制。

莱斯大学化学实验室使用分子电动机的荧光来感应条件。

您怎么知道细胞发烧？取其温度。

现在，这要归功于赖斯大学的科学家的研究，他们利用特定分子的发光特性来创建荧光纳米温度计。

化学家安吉尔·马丁（AngelMartí）的赖斯实验室在《物理化学杂志》 B的一篇论文中披露了该技术，描述了它如何修饰生物相容性分子转子，即硼二吡咯亚甲基硼（BODIPY，简称BODIPY）以揭示单细胞内部的温度。

该分子非常适合该任务。它的荧光仅在细胞内部持续一小段时间，持续时间在很大程度上取决于温度和环境粘度的变化。但是在高粘度（典型细胞环境）下，其荧光寿命仅取决于温度。

这意味着在特定温度下，光会以特定速率关闭，这可以通过荧光寿命成像显微镜看到。

马丁说，贝勒医学院的同事挑战了他开发这项技术。他说：“每个人都知道基于汞膨胀的旧温度计，以及基于数字技术的新温度计。”“但是使用这些就像试图用一个像帝国大厦那样的温度计来测量一个人的体温。”

该技术取决于转子。Martí和Rice的研究生兼主要作者Meredith Ogle限制了转子的旋转，就像手表中的飞轮一样，而不是使其完全旋转。

“这几乎是摇摆不定的，”马丁说。

他说：“我们测量的是分子在激发态停留多长时间，这取决于它摆动的速度。”“如果提高温度，则摆动速度会更快，这会缩短其保持兴奋的时间。”

马丁说，这种作用很方便地与细胞中BODIPY分子的浓度和光致漂白无关，光致漂白是破坏分子的荧光功能的时刻。

马丁说：“如果环境变得更加粘稠，分子的旋转速度就会变慢。”“这不一定意味着天气变冷或变热，只是环境的粘度不同。

他说：“我们发现，如果限制电动机的旋转，那么在高粘度下，内部时钟（该分子的寿命）将变得完全与粘度无关。”“对于这类探头，这并不是特别常见。”

马丁说，这项技术可能有助于量化肿瘤消融治疗的效果，在消融治疗中，热量用于消灭癌细胞，或者简单地测量癌症的存在。他说：“它们比其他细胞具有更高的新陈代谢，这意味着它们可能产生更多的热量。”“我们想知道我们是否可以通过它们产生的热量来鉴定癌细胞并将它们与正常细胞区分开。”

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该论文的共同作者是莱斯大学的研究生阿什利·史密斯·麦克威廉姆斯。圣地亚哥Celgene公司的科学家Matthew Ware；史蒂文·库利（Steven Curley），得克萨斯州泰勒市Christus母亲弗朗西丝医院的外科医生；贝勒医学院的外科研究助理教授，外科创新和技术开发总监斯图尔特·科尔（Stuart Corr）。

由美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）资助的贝勒医学院（Baylor College）的邓恩（Dunn）合作研究资助计划和光学成像与生命显微镜核心支持了这项研究。

阅读摘要，网址为https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.9b04384。