Yeni Biyosensör, Eski Bir Kuantum Bilmecesini Çözüyor
Canlı hücreye yerleştirilebilen yüksek hassasiyetli kuantum sensörleri, hücre büyümesini takip etmek ve hastalıkları—hatta kanserleri—erken evrede teşhis etmek için umut verici bir yol olarak görülüyor.
En iyi kuantum sensörlerin birçoğu küçük elmas parçalarında üretilebiliyor. Ancak bu da yeni bir sorun yaratıyor: Bir elması hücre içine yerleştirmek ve çalışmasını sağlamak oldukça zor.
“Gerçekten moleküler düzeyde incelemeniz gereken tüm bu süreçler için büyük bir şey kullanamazsınız. Hücrenin içine girmeniz gerekir. Bunun için nanoparçacıklara ihtiyacımız var,” diyor Chicago Üniversitesi Moleküler Mühendislik Yüksek Lisans öğrencisi Uri Zvi.
Zvi, konuyla ilgili Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan çalışmanın başyazarı. UChicago ve Iowa Üniversitesi’nden araştırmacılarla birlikte çalışan Zvi, hücre biyolojisi, kuantum hesaplama, geleneksel yarı iletken teknolojisi ve QLED televizyonlardan ilham alarak devrim niteliğinde yeni bir kuantum biyosensör geliştirdi. Aynı zamanda kuantum materyallerle ilgili uzun süredir çözülemeyen bir gizemi de aydınlattılar.
Ekip, elmas nanoparçacığı özel olarak tasarlanmış bir kabukla kaplayarak—QLED televizyonlarda kullanılan tekniğe benzer şekilde—canlı hücreler için ideal bir kuantum biyosensör yarattı. Bu kabuk sadece sensörün performansını artırmakla kalmadı, aynı zamanda materyalin yüzeyinin kuantum özelliklerini nasıl etkileyebileceğini de ortaya koydu.
“Zaten dünyadaki en hassas şeylerden biri, ve şimdi bu özellikleri çeşitli ortamlarda daha da geliştirmeyi başardılar,” diyor Zvi’nin danışmanı, UChicago’dan Prof. Aaron Esser-Kahn.
Hücre Elmasla Dolarsa
Elmas nanokristallerde barındırılan kübitler, canlı hücreler tarafından yutulacak kadar küçük olduklarında bile kuantum koherenslerini koruyabiliyorlar. Ancak, elmas parçacıklar küçüldükçe kuantum sinyali de zayıflıyor.
Zvi burada ilginç bir fikirle yola çıktı: QLED televizyonlarında kullanılan kuantum noktalar. Bu televizyonlarda kullanılan kuantum noktalar ilk başta parlak ama dengesizdi—renkler aniden kaybolabiliyordu. Ancak özel kabuklarla kaplandıklarında bu sorun çözüldü.
Bu yaklaşımdan esinlenen Zvi, sensörler için bağışıklık sistemine görünmez olacak şekilde silikon-oksijen (siloksan) tabanlı bir kabuk geliştirdi. Bu kabuk sayesinde bağışıklık hücreleri parçacığı yabancı olarak algılamıyor.
Beklentiler düşük olmasına rağmen, bu kaplama sayesinde kuantum koherenste 4 kata kadar, floresan parlaklığında 1.8 kat ve yük kararlılığında da önemli artışlar gözlemlendi.
Kuantum Davranışta Temel Değişim
Zvi’nin birlikte çalıştığı Iowa Üniversitesi’nden Asst. Prof. Denis Candido, bu gelişmeyi şöyle özetliyor:
“Gece uyumaya çalışırken hâlâ ‘Neler oluyor orada? Koherens artıyor ama neden?’ diye düşünüyordum.”
Araştırmacılar, silika kabuğun sadece yüzeyi korumadığını, aynı zamanda elmasın içindeki kuantum davranışı kökten değiştirdiğini keşfettiler. Malzeme arayüzü, elektronların elmas yüzeyinden kabuğa geçmesini sağlıyor ve bu da kuantum koherensi bozan unsurları ortadan kaldırıyor.
Bu çalışma sayesinde, kuantum cihazların etkinliğini azaltan yüzey noktaları tespit edildi ve kuantum sensör mühendisliğinde yepyeni bir çerçeve oluşturuldu.
“Bu sadece daha iyi bir sensör değil; kuantum nanomalzemelerde koherens ve yük kararlılığını mühendislikle iyileştirmek için yeni, nicel bir çerçeve,” diyor Zvi.
Daha Fazla Benzer Haber İçin BIOSSCOPE
CITATION: “Engineering spin coherence in core-shell diamond nanocrystals,” Zvi et al, Proceedings of the National Academy of Sciences. May 21, 2025 DOI: 10.1073/pnas.2422542122
Geri bildirim: sildenafil 50 mg for sale