تتحكم درجة الحرارة في سرعة التفاعلات الكيميائية الحيوية، لكن قياسها في نقطة واحدة داخل الخلية ظل صعبًا لفترة طويلة: فإما أن تكون المستشعرات كبيرة الحجم أو غير دقيقة. لطالما وعد الألماس النانوي المزود بمراكز NV بحل هذه المشكلة، لكن حساسيته كانت محدودة بقصر زمن الترابط وضعف الإشارة. توجد في الأرشيف أعمال مجاورة حول الكيوبتات الألماسية، وقياس المغناطيسية، ومستشعرات المجال المغناطيسي للقلب، لكن قياس الحرارة على الألماس النانوي ظل متأخرًا: أفضل العينات كانت تعطي حوالي 130 ملي كلفن/√هرتز فقط. تتميز هذه الدراسة عن غيرها لأنها تنقل بروتوكول الصدى الحراري، الذي كان يعمل سابقًا فقط في الألماس الضخم، إلى ألماسة نانوية مفردة بمركزَي NV.
تم أخذ ألماسة نانوية بقطر حوالي 280 نانومتر، محفورة من الكربون-12 النقي نظائريًا، ووضعها على شريحة خاصة مزودة بسخان ومقياس حرارة مقاومي. داخل الألماسة كان هناك مركزا NV بنفس الاتجاه، مما ضاعف إشارة الفوتونات دون فقدان الترابط. لقياس درجة الحرارة، طُبق بروتوكول الصدى الحراري: نبضات الميكروويف خلقت تراكبًا كموميًا لحالات السبين، والطور المتراكم اعتمد على درجة الحرارة من خلال انزياح تردد الانتقال. تمت معايرة ترددات الانتقال باستخدام مقياس الحرارة المقاومي المدمج، فكان المعامل -95.7 كيلو هرتز/كلفن.
تم تحقيق دقة 682 ميكرو كلفن وحساسية تجريبية 48.2 ملي كلفن/√هرتز في الظروف الحقيقية، وعند حد ضجيج الطلقات 9.6 ملي كلفن/√هرتز، وهو أفضل بمرتبتين من قياس ODMR المستمر ويضاهي الألماس الضخم. كان التسخين الناتج عن ليزر الضخ خطيًا: 337 ملي كلفن لكل ملي واط، وعند القدرة القصوى 0.63 ملي واط ارتفعت الحرارة بمقدار 224 ملي كلفن. إضافة 10 ميكرولترات من محلول FCCP في DMSO إلى 200 ميكرولتر من الماء سببت قفزة حرارية مقدارها 1.5 كلفن تبددت خلال 180 ثانية.
تتميز هذه الدراسة عن غيرها في الأرشيف بأنها تنقل لأول مرة بروتوكول الصدى الحراري إلى ألماسة نانوية مفردة بمركزَي NV، وليس إلى مجموعة أو عينة ضخمة. وهذا يعطي توطينًا على المقياس النانوي بدقة ملي كلفن، وهو ما لم يكن متاحًا من قبل. الآن يمكن اختبار فرضيات التسخين الميتوكوندري دون تشوهات من المذيبات، وكذلك دراسة انبعاث الحرارة من جسيمات محفزة منفردة.
الخطوة التالية ستكون إدخال هذه الألماسات النانوية إلى الخلايا الحية وقياس حرارة الميتوكوندريا في الزمن الحقيقي. من الممكن تحسين الحساسية باستخدام تسلسلات أطول لفك الترابط الديناميكي أو استخدام ألماسات نانوية تحتوي على عدد أكبر من مراكز NV. كما أن دمجها مع الميكروفلويديك لدراسة التأثيرات الحرارية للتفاعلات الكيميائية في التدفق يعد واعدًا.
ستؤثر هذه الطريقة على بيولوجيا الخلية، حيث نحتاج إلى موازين حرارة محلية، وعلى الحفز الكيميائي، حيث من المهم معرفة درجة الحرارة على سطح الجسيم النانوي. كما قد تفيد في الإلكترونيات الدقيقة للتحكم في التسخين الموضعي.
اختبار عمل المستشعر داخل خلية حية ومقارنته بالنماذج النظرية للتسخين الميتوكوندري. تحسين البروتوكول لإجراء قياسات أسرع.
ترتبط هذه الدراسة مباشرة بالسؤال غير المحلول حول وجود تدرجات حرارية داخل الخلايا ناتجة عن النشاط الأيضي. الطريقة المقترحة تعطي لأول مرة حساسية كافية لاختبار توقعات النماذج النظرية دون تشوهات من التسخين الخارجي أو المذيبات.
الألماس النانوي ذو المركزين NV يعطي حساسية أفضل بنسبة 30% من مثيله بمركز واحد، وذلك ببساطة لأن عدد الفوتونات يتضاعف بينما لا يتأثر الترابط.