Оптический нагрев и люминесцентная термометрия объединены в Cr3+

Том 12 научных докладов, номер статьи: 16364 (2022 г.) Цитировать эту статью

903 Доступа

2 цитаты

Подробности о метриках

Возможность оптического нагрева с одновременным управлением генерируемым светом внутри одного люминофора особенно привлекательна с точки зрения многократного применения. Это мотивирует поиск новых решений для обеспечения эффективного оптического нагрева. В ответ на эти требования на основе высокого сечения поглощения ионов Cr3+ разработан оптический нагреватель на основе YAl3(BO3)4:Cr3+, обладающий высокоэффективным нагревом. В то же время соотношение интенсивностей излучения 2E(g) → 4A2(g) и 4T2(g) → 4A2(g) полос Cr3+ благодаря монотонной температурной зависимости позволяет осуществлять дистанционное считывание температуры люминофора с помощью люминесцентной термометрии. техника. Сочетание этих двух функциональных возможностей в одном люминофоре делает YAl3(BO3)4:Cr3+ многообещающим фототермическим агентом с саморегулированием температуры.

В настоящее время бурное развитие нанотехнологий, микроэлектроники, биомедицины и фотоники предъявляет возрастающие требования к вновь внедряемым методам измерения и зондирования с точки зрения точности и высокой надежности контролируемых параметров. Одним из таких параметров является температура, которая представляет собой фундаментальный термодинамический параметр, играющий решающую роль во многих биологических, физических, химических, а также технологических процессах1,2,3,4,5. По этой причине адекватный контроль и регулирование температуры чрезвычайно важны. Однако, как и в случае с обычными термометрами, прямой контакт термометра с объектом часто недоступен или даже невозможен, например, в суровых, агрессивных средах, быстро движущихся объектах или при определении температуры подтканей in vivo и in vitro6,7,8,9,10. Кроме того, измерение температуры, основанное на принципе проводимости и теплопередачи между контактным термометром и измеряемым объектом, порождает большие помехи для микро-/нанометрических систем из-за ограничений достигаемого пространственного разрешения (субмикрометрического порядка величины)3 ,11,12,13. Поэтому ведется поиск альтернативных методов, обеспечивающих надежное считывание температуры. Недавно была разработана люминесцентная термометрия (ЛТ) – уникальный метод дистанционного измерения и картирования температуры6,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. В основе ЛТ лежит термическая зависимость люминесцентных свойств люминофора, таких как интенсивность полос излучения, форма его спектра или кинетика возбужденных состояний примесных ионов25. Быстрое время отклика, высокая точность считывания температуры, неинвазивность, отсутствие электромагнитных помех — основные преимущества, отличающие эту методику21,23,24,26. Стоит отметить, что ЛТ позволяют точно измерять температуру в объеме объекта не только на его поверхности, независимо от излучательной способности материала, что отличает его от общедоступных и широко используемых инфракрасных тепловизионных камер27,28. Представленные возможности измерения температуры, обеспечиваемые LT, особенно привлекательны для биологических приложений in vitro или in vivo для дистанционного анализа клеточного метаболизма или измерения температуры в реальном времени во время гипертермии опухолей29,30,31. Фототермическая терапия (ФТТ) является многообещающим подходом к лечению рака, который основан на том факте, что энергия фотонов возбуждения может быть преобразована в тепло с помощью подходящих агентов, таких как графен, углеродные материалы, люминофоры, легированные Ln3+, или полимеры, чтобы инициировать некроз или апоптоз раковых клеток32,33,34,35. Поскольку эффективность терапии сильно зависит от используемого нанонагревателя и количества выделяемого им тепла, недостаточный внутриклеточный нагрев или перегрев может привести к неэффективному лечению раковых клеток или необратимому повреждению окружающих здоровых клеток36,37,38,39. Поэтому достижение контролируемого PTT с сочетанием мониторинга внутриклеточной температуры в реальном времени с помощью чувствительных люминесцентных термометров, одновременно действующих как эффективные генераторы тепла, является серьезной проблемой40.