All-optical intracellular thermal conductivity measurement using nanoquantum sensors

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K15053
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology (2023); Osaka University (2021-2022)
• Principal Investigator: Sotoma Shingo 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (00757635)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カーボン量子ドット / 細胞 / 温度

Outline of Final Research Achievements

Carbon quantum dots (CQDs) have recently gained attention as low-toxicity quantum dots, serving as alternatives to conventional heavy metal-containing quantum dots. In this study, we developed CQDs based on anthraquinone derivatives as novel all-optical cellular temperature sensors. The results of our research demonstrated that by altering the structure of the anthraquinone used in the synthesis, we successfully created various types of thermometers, such as fluorescence intensity, ratiometric, and lifetime thermometers. By combining CQDs with fluorescence lifetime imaging technology, we achieved intracellular fluorescence lifetime mapping, demonstrating the potential of CQDs as cellular thermometers.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで細胞内の温度計測結果にはプローブに内在する問題から疑義（高周波磁場による細胞温度への干渉・細胞環境への好ましくない応答）があった。この問題を解決するCQD温度センサーはこれまでのセンサーに取って代わる可能性を秘めており有用性が高い。また本研究結果により、細胞内局所に形成される異常な高温は真に生命現象に由来するものか、あるいはプローブの特性に由来するアーティファクトか、という生物学的な重要な問いに対する答えを得られる可能性があり大きなインパクトを持つと考える。合成が容易であることから、様々な研究者が研究に取り入れることが可能であり、波及効果が大きい。