Dr hab. Łukasz Marciniak, fizyk w Instytucie Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu, zajmuje się „termometrią luminescencyjną nanokryształów”. Zjawisko to można wykorzystać m.in. w badaniach biologicznych. Na przykład przy przygotowaniu cząstek służących do przegrzewania komórek nowotworowych i doprowadzania do ich śmierci w wyniku hipertermii.

Wraz z czteroosobowym zespołem dr Marciniak przygotowuje maleńkie „grzałki”, czyli nanocząstki, które zamieniają światło na ciepło. Jednocześnie cząstki te są termometrami luminescencyjnymi. Z ogromną dokładnością potrafią określić temperaturę obiektów bez konieczności doprowadzenia do nich połączeń elektrycznych. Jak zapewnia w rozmowie z PAP naukowiec, czułość opracowanych przez niego termometrów luminescencyjnych jest nawet o rząd wielkości wyższa niż termometry opisywane do tej pory w literaturze naukowej.

„Opracowane przez nas termometry luminescencyjne są to nanocząstki nieorganiczne domieszkowane jonami metali przejściowych i lantanowców. Potrafią one zarówno przegrzewać komórki w układach biologicznych, jak i mierzyć ich temperaturę w trakcie terapii. My określamy temperaturę takiej nanocząstki, bazując na jej widmie emisji. Czyli wzbudzamy ją światłem i na podstawie jej odpowiedzi luminescencyjnej na to wzbudzenie możemy określić jej temperaturę” – tłumaczy fizyk.

Bezkontaktowy pomiar stosować można wszędzie tam, gdzie nie da się fizycznie zetknąć urządzenia z elementem, którego temperaturę należy określić. W organizmie żywym można w ten sposób określać temperaturę tkanek znajdujących się nawet do 2 cm pod powierzchnią skóry. Dr hab. Marciniak w swoich badaniach na komórkach udowodnił, że taki pomiar nie zaburza pracy układu biologicznego.

„W przyszłości możemy stworzyć wielofunkcyjne cząstki, które będą specyficzne tylko dla komórek nowotworowych. Po wprowadzeniu do ciała zlokalizują się one tylko przy komórkach nowotworowych. Określimy, gdzie znajdują się komórki nowotworowe. Następnie poprzez oświetlenie będziemy mogli je przegrzewać, czyli lokalnie, w czasie rzeczywistym powodować ich nekrozę, czyli śmierć. W ten sposób połączymy diagnostykę z terapią” – wyjaśnia dr hab. Marciniak.

Zapewnia, że aby taka terapia i nie powodowała większych szkód w zdrowych tkankach, lekarze będą musieli kontrolować w czasie rzeczywistym z bardzo dużą precyzją temperaturę komórek. W tym celu właśnie przygotowywane są bardzo czułe termometry. Kiedy cząstki osiągną zbyt wysoką temperaturę, naukowcy mogą obniżyć moc wzbudzenia, a w konsekwencji obniżyć ich temperaturę.

Współpraca nanocząstek z układem biologicznym wymaga badań związanych z ich biofunkcjonalizacją. Zespół dr. Marciniaka składa się z fizyków i chemików, którzy na razie pracują nad doskonaleniem funkcjonalności cząsteczek. Szukają idealnego przepisu na cząstki, które najlepiej będą konwertować światło na ciepło, będą termometrami o jak najwyższej czułości. Badacze zgłosili już dwa patenty dotyczące opracowanych nanotermometrów i bezkontaktowej techniki pomiaru temperatury.

Prace nad nanotermometrami prowadzone są od roku w ramach projektu First Team Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Czteroosobowy zespół dr. Marciniaka po trwających rok pracach obecnie prowadzi badania nad cytotoksycznością takich cząstek. Naukowcy sprawdzają, jak działają one na komórki w układach biologicznych.

Łukasz Marciniak jest stypendystą programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz laureatem tegorocznej edycji Nagród Naukowych Tygodnika Polityka.