科学家已开发出微观标记物，用于标记和观察细胞的特定部分，以支持癌症研究等目的。
然而，纳米金刚石已被开发为一种有效的替代方案。
科学家已发现如何利用温和的电场打开细胞膜，并借助“纳米吸管”安全地将纳米金刚石植入细胞。
它们使科学家能够研究癌症和阿尔茨海默病等细胞疾病。
多年来，科学家已研制出种类繁多的微观标记物，每当需要标记和观察细胞内部的不同部分时，便可将其置于细胞内。这种标记技术被广泛应用于各类研究，包括癌症研究。
然而，要让这些标记物穿过保护细胞免受有害物质侵害的细胞膜进入细胞，绝非易事。注射标记物时若在细胞膜上造成过大的破口，可能会导致细胞死亡。此外，许多标记物一旦进入细胞内部，实际上具有毒性，要么会被细胞攻击，要么导致细胞死亡。
在寻找无毒标记物的过程中，科学家找到了纳米金刚石：它与制作订婚戒指所用的钻石完全相同，但体积小了一百万倍。纳米金刚石是细胞内出色的报告分子，但由于难以在不损伤细胞膜的情况下将其送入细胞内，它尚未成为科学家工具箱中的常用工具。
在我的导师、隆德大学NanoLund的Christelle Prinz带领下，我们团队开发出一种新方法，能够在不损伤细胞、也不引发细胞攻击的前提下，将纳米金刚石送入细胞。我们的新技术将帮助科学家在分子层面研究活细胞的特性，同时也可能成为一种多功能的新工具，助力我们进一步了解癌症和阿尔茨海默病等细胞疾病。
细胞监测
人体大约由40万亿个细胞构成，其大小介于1至100微米之间。其中一些细胞有时会发生病变，导致多种组织患癌，或导致脑细胞患上阿尔茨海默病等神经系统疾病。通过监测患病细胞，研究人员可以更深入地了解这些疾病的成因和发展过程。
显微镜可以观察细胞内部，但难以区分病变细胞与健康细胞。为进行更细致的监测，研究人员会用生物标记物标记细胞，从而揭示细胞内部正在发生的更多变化。
现有的生物标记物，如有机染料和荧光蛋白，可以揭示细胞内的部分状况，供研究人员研究。但这些标记物通常会杀死细胞，限制了其在长期细胞研究中的应用。另一方面，纳米金刚石不会杀死细胞，这也是研究人员目前将其用于“细胞科学”的原因。细胞科学。
为何选择纳米金刚石？
纳米金刚石既可通过引爆人造金刚石制得，也可由天然金刚石研磨后剩余的粉末提取。尽管纳米金刚石带有奢华的意味，但对于像我们这样的研究人员来说，购买成本其实相对低廉，与现有生物标记物的价格大致相当。
关键在于，纳米金刚石具有生物相容性：置于活体组织内时，它们完全无害且无毒。这意味着它们可以悄无声息地潜伏在我们的细胞内。进入细胞后，纳米金刚石会在细胞内发光，以荧光的形式向研究人员传递信息，其波长会根据细胞内的pH值或温度而变化。
渗入细胞
将纳米金刚石送入细胞并非易事。细胞膜已进化出一套令人印象深刻的保护机制，以阻挡不速之客入侵。要将纳米金刚石送入细胞，我们要么寄希望于细胞主动让其进入——但这一过程极其缓慢且效率低下，要么就必须强行穿透细胞膜。
显微注射，即使用微型针头，已被用于将纳米金刚石等标记物穿过细胞膜送入细胞，且不会对细胞造成致命损伤，但这是一种费时费力的方法，且往往难以成功。
即使成功渗入，纳米金刚石仍可能被溶酶体吞噬。溶酶体在某种程度上类似于细胞的“保镖”。被捕获并困于溶酶体内的生物标记物，对于试图观察整个细胞的研究人员而言用处甚微。
纳米金刚石走私者
我们开发出一种新方法，可以将大量纳米金刚石送入细胞，且基本不会被溶酶体察觉，也不会损伤细胞本身。我们的方法结合了一种极其温和的电场（可使细胞膜微微张开）以及所谓的“纳米吸管”——它们如同饮料吸管，但尺寸达到纳米级。
在我们的研究中，我们使用了取自一名肺癌患者的细胞。我们将这些细胞铺放在数千根纳米吸管上，这就像一张极其微小的钉床。在这些纳米吸管下方，是我们置于略导电溶液中的纳米金刚石。
当我们对纳米吸管施加低电压电脉冲时，细胞膜上在每根纳米吸管的顶端出现了细小的开口，从而为纳米金刚石开辟了一条进入细胞内部的通道。
电脉冲促使导电溶液沿吸管向上流动，带动纳米金刚石穿过细胞膜上的微小破口进入细胞。当我们停止施加脉冲后，细胞膜上的细小开口便在被送入的纳米金刚石身后闭合。
世界经济论坛如何应对第四次工业革命？
前沿技术与创新中心汇聚科学家、政策制定者和企业领袖，共同厘清新兴技术及其对现实世界的影响。
该中心通过促进合作与实验，帮助合作伙伴将研究中的创新成果转化为实际应用，以应对全球共同面临的挑战。
细胞的最佳伙伴
我们的新技术比简单地将细胞置于纳米金刚石溶液中孵育、等待部分纳米金刚石自然进入细胞的方法快约300倍。该技术还使溶酶体对纳米金刚石的捕获减少了一半，从而使大部分送入的纳米金刚石能够保持游离和活动状态，留在细胞内部：这是一次成功的渗入。
由于纳米金刚石能够随时间报告细胞不同部位的温度或酸碱度，我们希望这项纳米金刚石渗入技术能够帮助识别并追踪癌细胞或与阿尔茨海默病相关的脑细胞。此外，如果我们能找到将纳米金刚石与特定化学物质结合的方法，还可能发现更精细的方式，用以洞察构成人体的基本单元内部的状况。
