[發(fā)明專利]一種基于上轉(zhuǎn)換材料的溫度傳感及多通道成像方法

有效

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• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107011905B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳銳;喻萱池;周冠臣;趙逢煥
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85;C09K11/88;C09K11/06;G01K11/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發(fā)明公開了一種基于上轉(zhuǎn)換材料的溫度傳感及多通道成像方法，尤其涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料、其制備方法及在溫度傳感及多通道成像的用途。本發(fā)明的復合材料包括作為供體材料的上轉(zhuǎn)換材料和作為受體材料的熒光材料，上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移FRET現(xiàn)象。采用所述復合材料，利用溫度對于熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的影響作用，通過改變溫度實現(xiàn)了更高精度上的生物體內(nèi)溫度傳感；通過控制復合材料中的量子點的粒徑不同，或者調(diào)控羅丹明的濃度比，可實現(xiàn)復合材料的多色可調(diào)發(fā)光；應用本發(fā)明的復合材料，結(jié)合上轉(zhuǎn)換材料在傳統(tǒng)使用過程中的生物形貌成像與新引入的溫度傳感技術(shù)，可實現(xiàn)了同一次激發(fā)過程中的多通道成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的溫度傳感及多通道成像方法，尤其涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料、其制備方法及在溫度傳感和多通道成像的用途。

背景技術(shù)

上轉(zhuǎn)換(upconversion)材料是一類在長波長(低光子能量)的光激發(fā)下能夠發(fā)射出短波長(高光子能量)的光的材料，與傳統(tǒng)的短波長激發(fā)長波長的材料有完全相反的效果，同時這種反常的現(xiàn)象被稱為反-斯托克斯發(fā)光。而此種材料多用近紅外光激發(fā)出可見光，近紅外光源具有較高的穿透深度，同時不容易引起生物的熒光背景影響，因此在生物成像方面具有重要的應用前景。

上轉(zhuǎn)換材料在傳統(tǒng)的研究中有如下兩種應用：

溫度傳感器：通過近紅外光源激發(fā)上轉(zhuǎn)換材料，使其發(fā)出可見光。由于外界溫度的變化極大地影響材料內(nèi)部載流子在各個能級上的分布，因此通過光譜儀檢測不同波段發(fā)光的強度變化，可以判斷材料所處的外界溫度(ACS Nano,2010,4,3254-3258)。這種傳感器也叫基于光譜強度的溫度傳感器。

生物體內(nèi)成像(圖像傳感器)：通過注射的方式將上轉(zhuǎn)換材料導入生物體內(nèi)，再用近紅外光源激發(fā)上轉(zhuǎn)換材料，在暗場狀態(tài)下通過設備檢測發(fā)光點的所在位置，從而形成生物體內(nèi)成像(Advanced Materials,2012,24,1987-1993)。

但是上述應用均存在一定的缺點和局限性：

第一、在生物成像的應用中，由于上轉(zhuǎn)換材料主要是稀土摻雜納米材料，由于稀土能級為原子能級，所以材料的發(fā)光波長是固定的，即只能被激發(fā)出一種顏色的光，也就只能反應出一種生物體內(nèi)信息，而生物體內(nèi)需要檢測的信息往往不止一種，我們需要多色光去表征不同的部位(即多種顏色的成像)，所以傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料應用具有局限性。

第二、在溫度傳感器(尤其是生物體內(nèi))方面，傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料(如NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺)直接用作溫度傳感器的靈敏度較低(最小單位約為2℃)，而在現(xiàn)實情況下大多數(shù)生物體內(nèi)遠比這個要復雜，較小的溫度變化往往引起生物組織的較大變化(如人體正常溫度范圍約為1℃)，因此我們僅通過傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料溫度傳感器不足以即時檢測出細小溫度的變化，從而進行體內(nèi)環(huán)境的有效判斷。故傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換溫度傳感器實用性較差。

另外，上轉(zhuǎn)換材料在生物內(nèi)部形貌成像的應用雖然已經(jīng)比較多，但單純的形貌成像本身只能讓我們對于生物體內(nèi)某種物質(zhì)的所在位置有一個基本了解，而它所在位置的其它信息(例如溫度)則不得而知，導致我們在生物體的局部檢測過程中所獲得信息過少，無法綜合且有效的判斷生物體內(nèi)不可見(指肉眼觀測層面)區(qū)域的整體情況，如檢測體內(nèi)HeLa細胞擴散區(qū)域及存活溫度。基于此，能否在形貌成像的同時，實時檢測出該形貌狀態(tài)下生物體內(nèi)的溫度等有效信息，是我們當前需要進一步挖掘的重點。

發(fā)明內(nèi)容