Schematisk illustration av avkodningsstrategin med dubbla excitation baserad på hybrid nanokompositer för termisk avkänning genom att använda intensitetsförhållandet för två emissioner vid identisk våglängd som den termometriska parametern. Kredit:Prof. CHEN Xueyuans grupp
Luminescent nanotermometri är en icke-invasiv metod för att detektera temperatur in vivo, vilket är viktigt inom biologi och nanomedicinsk forskning.
Traditionella metoder för ratiometrisk termometri använder i allmänhet intensitetsförhållandet för två icke-överlappande emissioner med distinkta termiska svar som termometrisk parameter. Dock, sådana metoder lider av en mycket låg noggrannhet vid temperaturavläsning av djupa vävnader.
I en studie publicerad i Avancerad vetenskap, en forskargrupp ledd av professor Chen Xueyuan från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) vid den kinesiska vetenskapsakademin föreslog en ny dubbelexcitationsavkodningsstrategi för termisk avkänning med hög precision.
Denna strategi är baserad på hybrid nanokompositer som består av självmonterade NIR-kvantprickar (QDs) och Nd 3+ dopade fluorid nanokristaller (NCs), varvid intensitetsförhållandet för två emissioner vid identisk våglängd definieras som den termometriska parametern för att undvika skadlig interferens från våglängds- och temperaturberoende fotondämpning i vävnad.
Forskarna utformade noggrant de hybrida nanokompositerna som består av NIR QDs och NCs för att få intensitetsförhållandet för två överlappande emissioner vid 1057 nm som tillskrivs QDs och NCs, respektive, som termometrisk parameter under 808 nm excitation.
Dra nytta av de olika absorptionsegenskaperna mellan QDs och NCs, de överlappande emissionssignalerna kunde lätt avkodas för att förvärva deras intensitetsförhållande genom dubbelexciteringsavkodningsstrategin som använde en annan 830 nm laserstråle som följde samma optiska väg som 808 nm laser för att exklusivt excitera QDs.
Vidare, forskarna verifierade i proof-of-concept ex vivo-experimenten att, vid ett detekteringsdjup av ~ 1,1 mm i vävnad, en sådan dubbelexcitationsavkodningsstrategi kunde uppnå högnoggrann temperaturavläsning med ett litet fel på ~ 2,3 °C, nära termometrarnas termiska upplösning (~ 1,8 °C).
Däremot under samma experimentella förhållanden, ett stort fel på ~ 43,0 °C inträffade för det traditionella ratiometriska termometriläget baserat på de icke-överlappande emissionerna vid 1025 och 863 nm från QDs och NCs, respektive.
Den föreslagna termiska avkänningsstrategin kan minimera den skadliga interferensen från våglängdsberoende fotonförsvagning i vävnad.
