[發明專利]激光泵浦上轉換熒光測溫系統

有效

• 申請號: 201610005174.6
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105547516B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 李富友;朱幸俊;李家暢
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

本發明屬于光學設備技術領域，具體為一種激光泵浦上轉換熒光測溫系統。本發明由半導體激光器、樣品臺、循環控溫器、體相測溫計、濾光片、CCD檢測器和計算機組成。該系統能夠對標記有溫度敏感的上轉換發光探針的材料、細胞或者生物組織進行實時、非侵入式的成像，通過對上轉換熒光的采集，監控材料、細胞或者生物組織內溫度變化的情況；另外，該系統能對熒光溫度探針的光學性質和溫度響應的相關性進行檢測以及實現上轉換熒光溫度探針的微區加熱，用于測定與上轉換熒光溫度探針結合的光熱轉換材料的溫度。本發明可提高熒光溫度檢測的可操作性和實時性，為材料科學、生命科學和醫學研究以及熒光溫度檢測技術的應用提供一種有力的工具。

技術領域

本發明屬于光學設備技術領域，具體涉及一種激光泵浦上轉換熒光測溫系統。

背景技術

光學溫度傳感在工業、軍事、醫療等領域有著十分重要的意義。不同于其他接觸式的測溫方法如熱膨脹測溫、熱阻測溫、熱電測溫等，光學測溫能夠實現對樣本的非接觸式溫度檢測，對于一些超小尺度的樣品如細胞、微納器件以及要求低損乃至無損的樣本如活體組織來說，光學測溫是一種無可替代的測溫方式。鑒于熒光檢測技術在近幾十年來的迅猛發展，熒光檢測的靈敏度以及精確度都有了很大的提高，因此使用熒光信號進行光學溫度檢測具有檢測速度快、需要的樣品量少、檢測靈敏度高等優勢。最近，基于小分子或者納米材料的熒光溫度探針受到了國內外研究者越來越多的重視，通過熒光溫度探針對樣本進行標記能夠實現樣本溫度變化的實時跟蹤、特異性，選擇性觀測以及高分辨成像等。目前能夠實現熒光溫度檢測的探針包括溫敏熒光小分子、量子點、納米金剛石、熒光聚合物納米材料和稀土上轉換納米晶等，這些溫敏探針的工作原理主要是熒光的發射能級的布居數與溫度的指數成線性相關的關系，即符合布爾茲曼分布，通過對熒光信號強度變化的檢測，就可以獲知當前溫度探針所處的環境的溫度值。上述這些熒光溫度探針在材料科學、生命科學和醫學領域有著廣泛的應用前景，比如有文獻報道使用溫度敏感的熒光小分子實現微納器件的溫度檢測，使用納米金剛石實現高分辨率的細胞升溫監控，使用上轉換發光納米晶實現光熱治療的溫度檢測等。從這些例子中可以看出，基于熒光的溫度檢測技術將大大推動納米材料學、生命科學、醫學朝向更加精準的方向發展。

在已經報道的熒光溫度探針中，基于激光泵浦的稀土上轉換發光的熒光溫度探針有一些獨特的性質而優于其他探針。首先，上轉換發光的機理與一般的熒光探針的機理不同，是將兩個或者多個低能量的近紅外光子轉化為一個高能量光子的過程。這樣的發光機理能夠大大降低背景自發熒光的干擾，通過近紅外的激光激發，還能夠提高檢測的深度并且減少激發光對樣本尤其是生物組織的損傷。另外，一般的熒光溫度探針都是單譜帶發射，會因為樣品的吸收、散射或者位置移動而造成檢測的不準確性。稀土上轉換發光溫度探針的另一特征是多譜帶發射，這些多譜帶發射的能級分布關系符合布爾茲曼分布，因而能實現熒光比度溫度檢測，由此避免了單一譜帶檢測的誤差。例如稀土鉺摻雜的上轉換納米材料的兩條綠光發射帶(分別對應能級躍遷²H_11/2→⁴I_15/2和⁴S_3/2→⁴I_15/2)的發射強度比例與溫度相關，因此被用來作為比度溫度探針。目前熒光溫度檢測還處于發展階段，尚缺乏基于上轉換發光的熒光溫度檢測系統，如果能夠將激光泵浦的上轉換發光采集技術與溫度檢測技術結合起來，發展一種新型的熒光溫度檢測系統，將十分有助于提高熒光溫度檢測的可操作性和實時性，為材料科學、生命科學和醫學研究以及熒光溫度檢測技術的應用提供一種有力的工具。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光泵浦的上轉換熒光溫度檢測系統，該系統能夠對標記有溫度敏感的上轉換發光探針的材料、細胞或者生物組織進行實時、非侵入式的成像，能夠通過對上轉換熒光的采集，監控材料、細胞或者生物組織內溫度變化的情況。