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近紅外納米晶/量子點(diǎn)對(duì)溫度傳感進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)

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近紅外熒光比率型溫度傳感存在較大的組織穿透深度、較低的背景熒光干擾及無(wú)創(chuàng)探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，所以在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。

但同時(shí)為避免熒光探測(cè)信號(hào)相互串?dāng)_，加之光在生物組織中的衰減系數(shù)具有波長(zhǎng)依賴性，因此兩個(gè)無(wú)交疊的“熒光發(fā)射強(qiáng)度之比”這一溫敏參數(shù)不僅受溫度調(diào)制，還與熒光信號(hào)在組織中的衰減系數(shù)及穿透深度有關(guān)。

故利用傳統(tǒng)的近紅外熒光比率型溫度探測(cè)進(jìn)行生物組織溫度探測(cè)時(shí)，所得溫敏參數(shù)會(huì)因光在組織中的衰減而偏離真實(shí)值，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度測(cè)量偏差。

中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳學(xué)元課題組為改善加強(qiáng)生物組織內(nèi)準(zhǔn)確的溫度探測(cè)，提出利用基于稀土納米晶/量子點(diǎn)復(fù)合物探針的雙激發(fā)解碼策略來(lái)實(shí)現(xiàn)生物組織內(nèi)精準(zhǔn)溫度探測(cè)。

方法：

首先，利用核殼結(jié)構(gòu)NaLuF4: Nd3+, Gd3+@NaGdF4稀土納米晶和PbS@CdS@ZnS量子點(diǎn)在兩親分子形成的膠束中進(jìn)行自組裝來(lái)構(gòu)建稀土納米晶/量子點(diǎn)復(fù)合物微球，并將在808nm激光激發(fā)下，波長(zhǎng)均位于1057nm處的兩個(gè)分別來(lái)自于納米晶中Nd3+離子及量子點(diǎn)的發(fā)射的強(qiáng)度之比定義為溫敏參數(shù)。

隨后，利用Nd3+離子與量子點(diǎn)不同的光吸收特性，選用與808nm激光波長(zhǎng)相近且共路的另一束830nm激光來(lái)單獨(dú)激發(fā)出復(fù)合物中量子點(diǎn)的發(fā)光，最終通過(guò)此種雙激發(fā)策略將1057nm處重疊的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分離，并計(jì)算其發(fā)射強(qiáng)度比值作為溫敏參數(shù)。

從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了雙激發(fā)解碼策略相較于傳統(tǒng)近紅外熒光比率型溫度探測(cè)模式在生物組織內(nèi)溫度探測(cè)的準(zhǔn)確度方面的優(yōu)越性。如，當(dāng)組織探測(cè)深度為~1.1 mm 時(shí)，若采用傳統(tǒng)的近紅外熒光比率型溫度探測(cè)模式，即采用稀土納米晶/量子點(diǎn)復(fù)合物中位于863nm處的Nd3+離子熒光發(fā)射和1025nm處的量子點(diǎn)熒光發(fā)射的強(qiáng)度之比作為溫敏參數(shù)，則所產(chǎn)生的測(cè)量偏差為~43°C。在同一實(shí)驗(yàn)條件下，若采用雙激發(fā)解碼策略進(jìn)行溫度探測(cè)，所測(cè)溫度與實(shí)際溫度偏差僅為~2.3°C。

此外在近紅外納米熒光材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和生物應(yīng)用研究方面也取得了一系列進(jìn)展。如，揭示了Nd3+在LiLuF4納米晶中的局域電子能級(jí)結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)高靈敏溫度探測(cè)；發(fā)展了一種近紅外雙激發(fā)比率型上轉(zhuǎn)換熒光策略實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)生物分子的精準(zhǔn)檢測(cè)；開(kāi)發(fā)出CuInSe2基新型高效近紅外二區(qū)發(fā)光量子點(diǎn)生物探針，并將其應(yīng)用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)和腫瘤靶向?qū)崟r(shí)成像。