Войти

Люминесцентные наночастицы с редкоземельными ионами помогут бесконтактно измерять температуру

1711
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
  • 08.01 23:06
  • 13088
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 08.01 14:58
  • 0
Новая реальность
  • 08.01 13:16
  • 1
«Ростех» сообщил о работе танкостроения РФ над машинами будущего
  • 08.01 08:58
  • 23
"Для прорыва островных цепей". Китай дал мощный ответ Пентагону
  • 08.01 07:17
  • 0
Комментарий к "Новый год — новая сделка? Почему перспектива установления мира на Украине по-прежнему кажется чем-то недостижимым (The Guardian, Великобритания)"
  • 08.01 06:23
  • 0
Комментарий к "США отказались подписывать итоговую декларацию о гарантиях для Украины"
  • 08.01 05:46
  • 0
Комментарий к "Справится ли Европа с Россией без американской помощи? (The Economist, Великобритания)"
  • 08.01 00:26
  • 3
Ковальчук: Курчатовский институт работает над созданием компактной лунной АЭС
  • 07.01 22:05
  • 0
Комментарий к ""Путинизация" внешней политики США отразилась на событиях в Венесуэле (The Guardian, Великобритания)"
  • 07.01 21:23
  • 0
По поводу "Генерал НАТО: ВСУ могут перейти в новое наступление, но ВС РФ не дают передышки"
  • 07.01 18:15
  • 86
МС-21 готовится к первому полету
  • 07.01 16:48
  • 534
Международные расчеты, минуя доллар, по странам
  • 07.01 16:22
  • 21
Тегеран подготовил ракеты для потенциального ответа США - СМИ
  • 07.01 13:01
  • 1
Установку ПЗРК на дроны-камикадзе «Герань» объяснили
  • 07.01 12:52
  • 15
ОБТ Т-90М2 «Рывок-1» – перспективный российский танк