Redoxní reakce hrají zásadní roli při udržování metabolických a dalších procesů v živých buňkách. Pro lepší pochopení těchto procesů se vědci snaží vyvinout různé nanosondy použitelné přímo v buňkách. Obzvláště zajímavé by mohly být senzory detekující magnetické vlastnosti různých částic a molekul a procesy spojené s jejich (bio)chemickými transformacemi.
Petr Cígler, Jan Bartoň a vědci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, Univerzity v Hasseltu, Univerzity v Ulmu, Českého vysokého učení technického a Univerzity Karlovy popsali ve své studii v časopisu ACS Nano takový nanosenzor založený na metodách kvantového snímání. Vědci využili možnost optického snímání změn fluorescence, které souvisejí se změnami v kvantových stavech diamantových nanokrystalů (nanodiamantů).
Umístili do těsné blízkosti tzv. centra dusík-vakance uvnitř nanodiamantů a molekuly nesoucí stabilní spin v podobě nespárovaného elektronu, radikálu. Tyto molekuly, nitroxidy, vykazují zvláštní magnetické chování a jejich magnetická komunikace s centry dusík-vakance v diamantech se projevila jako změna v optických vlastnostech center. Bylo tak možné opticky změřit koncentraci nitroxidu na diamantových částicích s vysokým časoprostorovým rozlišením. Badatelé také sledovali změny této koncentrace, které jsou způsobeny chemickými reakcemi nitroxidů. Citlivost vyvinutých senzorů dosáhla k několika desítkám molekul nitroxidů na částici (tj. cca 10–23–10–22 mol), což výrazně posunulo hranice dosud používaných metod.
Vědci rovněž prokázali, že systém obsahující diamant, nitroxidy a speciálně navržený stabilizační polymer, lze dynamicky použít pro selektivní sledování biologicky významných redoxních chemických procesů, jako je oxidace askorbátu. Připravené nanočástice tak představují první generaci nanosenzorů použitelných ke kvantové detekci chemických procesů ve fyziologickém prostředí.
Původní článek: Barton, J.; Gulka, M.; Tarabek, J.; Mindarava, Y.; Wang, Z.; Schimer, J.; Raabova, H.; Bednar, J.; Plenio, M. B.; Jelezko, F.; Nesladek, M.; Cigler, P. Nanoscale Dynamic Readout of a Chemical Redox Process Using Radicals Coupled with Nitrogen-Vacancy Centers in Nanodiamonds. ACS Nano 2020. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c04010
