Construction and application of highly functionally controlled nanodiamond quantum sensor

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16089
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Sotoma Shingo 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教 (00757635)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ナノダイヤモンド / 量子センサ / 熱伝導率 / 細胞

Outline of Final Research Achievements

We have developed a new integrated nano heater/thermometer by combining fluorescent nanodiamonds (FNDs) and polydopamine (PDA). Using the FND-PDA, we demonstrated that it is possible to measure heat conductivity in the nano-region. The FND-PDA was introduced into a cell and the absolute value of the thermal conductivity of the cell was successfully measured. As a result, it was clarified that the thermal conductivity of cells is about one-sixth that of water.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内の熱伝導率はこれまで細胞１個の平均値としてしか知ることができず、細胞局所の熱伝導率を計測する方法は確立されていなかった。本研究では、蛍光性ナノダイヤモンド(FND)を用いた細胞内ナノ領域の熱伝導計測法を新開発し、それが水よりも6分の1程度小さくまた細胞内に渡って大きなばらつきを持つことを明らかにした。細胞内における小さな熱伝導率と大きなばらつきは、細胞内に大きな温度勾配を作り出すことが可能であり、細胞内温度が細胞機能を制御するという新しいメカニズムが示唆された。