[發明專利]一種超高靈敏度上轉換納米溫度探針及其制備方法

有效

• 申請號: 201710817235.3
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107699226B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 崔祥水;程遙;林航;黃烽;吳清萍;徐桔;王元生
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C09K9/00
• 分類號: C09K9/00;C09K11/85;C01G45/06;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

在本發明提出了一種新型的超高靈敏度的納米熒光溫度探針材料KMn_0.8Yb_0.19Er_0.01F₃，該材料為10納米左右的立方塊納米晶。由于基質Mn²⁺離子與Er³⁺離子的電子態波函數重疊，通過交換作用，Mn²⁺離子的⁴T₁能級為Er³⁺離子的²H_11/2和⁴S_3/2能級與⁴F_9/2能級搭建了一條電子耦合通道。依靠溫度對交換作用距離的調控，Er³⁺離子的522nm和542nm處綠光發射帶與654nm處紅光發射帶強度比值變化顯著，實現了適合生物體內溫度范圍的溫度探測。這種上轉換熒光納米溫度探針材料的監測發射峰間距較大，達到112nm，信號甄別度高，而且其絕對溫度靈敏度0.0113K^?1，最高相對溫度靈敏度為5.7％K^?1，遠遠超過了目前被研究的其它上轉換熒光納米溫度探針材料。因此，這種上轉換熒光納米材料經表面功能化，可以作為一種適合生物體內溫度探測的熒光納米溫度探針。

技術領域

本發明涉及稀土摻雜上轉換發光納米材料以及溫度探測技術等領域。

背景技術

生物體內的細胞活動，如細胞分裂，基因表達和新陳代謝等活動，實際上是通過吸熱或者放熱的化學反應實現的，通常伴隨著溫度變化。就此而言，實現細胞內的溫度探測對揭示諸多的細胞活動，促進細胞生物學的發展以及實現在細胞水平上的疾病診斷和治療，具有重大的意義。細胞內獨特的環境使得傳統的接觸式測溫方法無法滿足測溫要求。得益于無機納米科學技術取得的巨大成就，近年來發展的納米熒光計溫學，它具有可遠程觀測，靈敏度和空間分辨率高，響應時間迅速等優點，成為一種優異的且最有潛力的非接觸式測溫手段。在諸多的熒光計溫學中，目前最廣泛使用的是熒光強度比測溫技術，它克服了單熒光發射強度測溫技術容易受到激發功率波動、探針濃度及熒光損失等因素影響的缺點，測溫準確度和可靠度高。本質上，熒光強度比技術依靠稀土離子兩個獨立的或者電子耦合的激發態能級上電子布居的溫度依賴特性，當兩個激發態能級距離足夠接近，兩者就可以被熱自由能耦合在一起，建立一個滿足玻爾茲曼布居的熱平衡態，溫度值可以通過計算這兩個熱耦合能級熒光發射強度比推導出來。

對于目前廣泛研究的滿足玻爾茲曼布居的熱耦合能級熒光發射強度比測溫技術而言，稀土離子的熱耦合能級間距ΔE對于測溫性能至關重要。一方面，較高激發態熱耦合能級上的熱電子布居與ΔE成反比，較小的ΔE值有利于實現較強的熱耦合性能，獲得高的絕對溫度靈敏度S_a，尤其有利于較低的生物應用溫度范圍的溫度探測。另一方面，由S_r＝ΔE/kT²可知，較小的ΔE值將會導致較低的相對溫度靈敏度，同時使得監測發射峰的部分重疊，導致差的信號甄別度。因此，在生物應用溫度探測范圍內，該測溫技術很難同時獲得高的絕對溫度靈敏度和高的相對溫度靈敏度，成為該測溫技術無可避免的固有缺陷。因此，在兩個具有相當大能級間距且電子態相互獨立的能級之間，構建一種不受玻爾茲曼布居約束的熱耦合，將會是解決ΔE矛盾的有效途徑，有利于促進高的絕對溫度靈敏度，高的相對溫度靈敏度和良好的信號甄別度。