Войти

Люминесцентные наночастицы с редкоземельными ионами помогут бесконтактно измерять температуру

1559
0
0
Люминесцентные наночастицы с редкоземельными ионами помогут бесконтактно измерять температуру
Люминесцентные наночастицы с редкоземельными ионами помогут бесконтактно измерять температуру.
Источник изображения: rusnanonet.ru

Ученые из Санкт-Петербурга вместе с финскими коллегами разработали люминесцентные наночастицы, содержащие редкоземельные ионы. С их помощью можно бесконтактно измерять температуру в диапазоне от 50 до 600 градусов Цельсия.

В основе такой термометрии лежит изменение интенсивности свечения ионов неодима в зависимости от температуры. Поскольку возбуждающий их и испускаемый ими свет беспрепятственно проходит в биологических тканях, разработка окажется полезной при проведении фототермической терапии, хотя потенциальные сферы ее применения гораздо шире.

Многие прикладные и научные задачи требуют точного измерения температуры, но не всегда удается использовать обычные и даже бесконтактные термометры. Например, при проведении фототермической терапии (по сути выжигании) опухолей важно контролировать нагрев здоровых тканей вокруг: термометр внутрь поместить нельзя, а инфракрасные устройства не смогут "пробиться" вглубь.

"Для решения таких задач очень привлекательны бесконтактные люминесцентные методы. Их суть заключается в том, чтобы ввести в изучаемые системы вещества, которые начинают светиться в ответ на облучение, при этом характеристики свечения зависят от температуры, - рассказывает руководитель гранта Илья Колесников, кандидат физико-математических наук, специалист Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета. - Подход не нов, однако в медицине и биологии мы сталкиваемся с тем, что живые ткани "прозрачны" для излучения лишь в довольно узком диапазоне длин волн - 700-1000 нанометров. Если в это окно прозрачности не попадет возбуждающий луч, то молекулярный термометр не сможет активироваться, а если в нем не окажется испускаемый свет, то мы просто не увидим обратный сигнал".

Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Санкт-Петербург) вместе с коллегами из Финляндии разработали и синтезировали наночастицы для бесконтактной люминесцентной термометрии, которые не имеют таких проблем с биологическими тканями. Кроме того, принимая во внимание рабочий температурный диапазон, новые люминесцентные термометры могут использоваться для широкого круга задач в производстве и промышленности.

Реакция синтеза не требовала дорогих реагентов и сложного оборудования; исходными веществами послужили оксиды ванадия и лантаноидов - лютеция, неодима и иттербия. Ионы последних двух легли в основу чувствительного к температуре компонента. В паре они работают как "нарушающие" законы физики люминофоры: в сравнении с возбуждающим светом испускаемый из-за потерь всегда обладает меньшей энергией и, соответственно, большей длиной волны. Однако после возбуждения светом с длиной волны 980 нанометров иттербий передает неодиму энергию, получаемую в результате колебаний кристаллической решетки, а тот испускает излучение в диапазоне 700-950 нанометров. В итоге весь важный для термометрии свет остается в биологическом окне прозрачности.

Перенос энергии с иттербия на неодим происходит тем чаще, чем больше нагрев системы, а потому можно применять в качестве температурно-чувствительного параметра соотношение интенсивностей люминесцентных полос ионов неодима - их свечение, по сути, и есть результат такой передачи энергии. Чтобы показать это, авторы регистрировали люминесценцию наночастиц, постепенно нагревая их от 50 до 600 градусов Цельсия. После они проанализировали получившиеся спектры и выяснили, что соотношение интенсивности полос неодима изменяется в зависимости от температуры по закону Больцмана. Имея "калибровочные" кривые, можно при измерении спектра люминесценции частиц в любой системе определить ее температуру с субмикронным пространственным и субградусным тепловым разрешением.

"Полученные результаты помогут при создании нового класса наносистем, применяемых для бесконтактной люминесцентной термометрии, - подводит итог Илья Колесников. - Наш способ синтеза довольно прост, а получающиеся наночастицы обладают уникальными оптическими свойствами. Это делает их привлекательными в качестве люминесцентных термометров в большом количестве прикладных задач - в микроэлектронике, микрофлюидике, катализе и контролируемой фототермической терапии".

С работой, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах журнала ACS Applied Materials & Interfaces.

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 14.03 19:21
Ответ на "Трамп выбрасывает на помойку победу Америки в холодной войне (The Hill, США)"
  • 14.03 18:55
  • 0
Ответ на "Конец "эры войн": США отказались решать чужие конфликты"
  • 14.03 16:17
  • 8049
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 14.03 14:34
  • 0
С соседями выгоднее дружить и торговать, чем воевать
  • 14.03 14:22
  • 2758
Как насчёт юмористического раздела?
  • 14.03 13:22
  • 8607
Минобороны: Все авиаудары в Сирии пришлись по позициям боевиков
  • 14.03 08:59
  • 307
Космонавтика Илона Маска
  • 14.03 05:34
  • 5
Российская САУ 2С19М1-155 может поражать цели на дистанции в 41 км
  • 14.03 02:04
  • 1
Минобороны Чехии подтвердило планы по закупке 24 истребителей F-35A "Лайтнинг-2"
  • 13.03 22:43
  • 6
Квантовый двигатель: от российского открытия до американского триумфа?
  • 13.03 13:22
  • 24
Украина получит два 35-мм зенитных артиллерийских комплекса Rheinmetall Skynex
  • 13.03 00:38
  • 0
Ответ на "«Соревноваться довольно трудно». ВСУ назвали российский истребитель, с которым не справятся один на один украинские F-16"
  • 12.03 23:07
  • 1
Минпромторг объявил конкурс на проведение ОКР по доработке разработанного для замены Ан-2 самолёта ЛМС-901 «Байкал»
  • 12.03 17:38
  • 0
Шаг недоброй воли
  • 12.03 16:19
  • 534
Россия приняла на вооружение новую боевую машину поддержки танков "Терминатор-2", разработанную специально для уличных боев: это настоящий "комбайн смерти"! (Sohu, Китай)