De minuscules capteurs plats qui collent à la surface des cellules vivantes peuvent fournir des mesures détaillées du transfert de chaleur à la surface des cellules. Développé à l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST), Arabie Saoudite, ces nouveaux capteurs résolvent certains des défis pratiques liés au travail avec ces minuscules cellules et permettent de nouvelles techniques de diagnostic.

Professeur Boon Ooi, son doctorat L'étudiant Rami Elafandy et ses collègues ont développé ces capteurs à partir de nanomembranes de nitrure de gallium d'une épaisseur de seulement 40 nanomètres. Ils montrent également que les capteurs peuvent identifier différents types de cellules cancéreuses.

ElAfandy explique que l'optique, les propriétés mécaniques et électriques des cellules vivantes ont été largement étudiées et pourtant il existe peu de données sur leurs propriétés thermiques, principalement en raison des défis liés au travail avec des volumes cellulaires minuscules et des formes cellulaires irrégulières.

"Les cellules ont des contours incurvés irréguliers, ce qui signifie qu'il est difficile d'avoir un contact ferme avec eux sans endommager leurs membranes, ", a déclaré ElAfandy. "Nous avons utilisé la grande flexibilité des nanomembranes pour suivre les contours cellulaires et minimiser les chutes de température au sein de l'interface cellule-capteur qui produiraient des erreurs."

Après avoir fixé le capteur à la surface de la cellule, les chercheurs ont appliqué un faisceau laser ultraviolet pulsé, chauffer la nanomembrane et provoquer une émission photoluminescente de lumière à une fréquence dépendante de la température de la nanomembrane. Cette température, à son tour, dépend de la façon dont la chaleur a été transférée dans la cellule.

Par conséquent, en mesurant la fréquence de la lumière photoluminescente, les chercheurs ont pu calculer non seulement la conductivité thermique des cellules - dans quelle mesure elles permettent à la chaleur de circuler - mais aussi la diffusivité thermique, qui tient compte de la capacité de la cellule à emmagasiner l'énergie thermique.

D'abord, cependant, il y avait un défi pratique à surmonter :« Les lasers que nous utilisons peuvent causer des dommages mortels aux cellules et les nanomembranes sont trop minces pour absorber toute la lumière laser dangereuse, " a déclaré ElAfandy. "Nous avons résolu ce problème en insérant un mince disque d'or entre la nanomembrane et la cellule pour absorber tout le rayonnement laser transmis tout en permettant à la chaleur de se diffuser de la nanomembrane à la cellule."

Lors des essais, les chercheurs ont identifié de fortes différences de diffusivité thermique entre les cellules cancéreuses du sein et du col de l'utérus ainsi qu'entre les sous-types de cellules cancéreuses du sein.

"Nos appareils sont inhabituels en ce sens qu'ils mesurent simultanément la conductivité thermique et la diffusivité pour fournir une meilleure description du transport de chaleur dans les cellules, " a déclaré Ooi. "Nous espérons augmenter la résolution spatiale pour numériser dans les cellules et collecter des informations sur les organites cellulaires individuels. Avec quelques modifications majeures, un jour, il sera peut-être même possible de mesurer le transport thermique dans le corps humain."