我们能否测量人体细胞的温度?一位年轻科学家的解读

Measuring the temperature on the surface and within human cells could help speed up the development of new medications, but is impossible with current technology
Measuring the temperature on the surface and within human cells could help speed up the development of new medications, but is impossible with current technologyImage: Arek Socha, from Pixabay
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作为我们探索科学研究前沿系列的一部分,我们采访了世界经济论坛青年科学家Pierre Karam是贝鲁特美国大学的化学教授,他正在将生物传感器集成到智能手机中,以在资源有限的环境中监测和控制水传播及传染性疾病。

你们试图解决的重大问题是什么?

我正在尝试开发一种微型温度计。我知道起初这听起来可能不太令人印象深刻,但我们目前使用的技术与1654年托斯卡纳大公斐迪南二世组装的温度计几乎完全相同。斐迪南二世在一根玻璃管中注入酒精,并用它来测量温度变化。

此后,科学与技术取得了长足进步,如今的大部分工作都在微米和纳米尺度上进行。这些尺度远小于温度计本身的尖端,因此无法精确测量任何温度变化。例如,人体细胞的直径只有几微米。如果你想测量亚细胞区室中的温度,或了解药物可能如何影响细胞代谢,目前的技术根本无法做到。我们的工作正是为了解决这一紧迫问题。

你们试图利用什么重要思路来解决这一问题?

我们正尝试利用共轭聚合物独特的荧光特性。这些聚合物最初是为制造柔性且廉价的有机太阳能电池而开发的。它们的水溶性非常差,但曾被视为不利的特性,结果却非常适合我们的应用。因此,我们利用它们在室温下的低溶解度来发挥优势。温度的任何变化都会影响它们的溶解度,进而转化为颜色的变化。

你会如何向一个5岁的孩子解释这一点?

我们正在尝试把你生病时父母用来测量体温的温度计,借助科学手段缩小到你用肉眼已无法看见的程度。当它变得非常微小时,我们就用它来测量你身体最微小部位之一的温度。这很重要,因为当我们了解这些身体微小部位内部发生了什么,就能研发出良好的药物,让你更快康复。

这段历程中最困难或最具挑战性的部分是什么?

在黎巴嫩这样资源有限的国家工作,在许多层面都充满挑战。我们很幸运能够在贝鲁特美国大学工作,该校竭尽所能为我们提供便利。然而,物资运输需要相当长的时间,因此我们经常需要发挥创造力,利用或改造手边能找到的任何东西。

人们最不了解、却最令人震惊的事实是什么?

令我始终感到惊讶的是,人们竟然认为在实验室中人工合成的分子与“天然”产生的同一分子不相同,甚至价值更低。

你的工作有什么有趣的背景故事吗?

就像许多发现一样,纳米温度计的研发完全是一个巧合。一天下午,我在进行实验时,做出了一个当时看来并不重要的随机观察。那天夜里,像每晚一样,我在脑海中分析数据并规划第二天的工作,同时渐渐进入深度睡眠。就在这时,我回想起几周前读过的一篇手稿,其中介绍了一种测量溶液温度的创新方法。我不知何故将当天获得的结果与那篇已发表的研究联系起来,并推测我的发现或许能够反映温度变化。我兴奋地起身,前往实验室,当晚便尝试了实验。第一次尝试就取得了巨大成功。有意思的是,我最初使用的比例恰好是最优的。

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