Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. А - схема расположения электронных уровней в Er3+ и Yb3+ и переходов между ними
B - спектр люминесценции нанотермометров при 26 и 63 градусах Цельсия
C - калибровочная зависимость, отражающая больцмановскую статистику распределения электронов на уровнях 4I11\2 b 4S3\2
Рис.2. Схема эксперимента
Рис.3. А - интегральная люминесценция раствора в экспериметнальной установке, В - распределение температур
Рис.4. Модельный эксперимент с раковыми клетками - сверху - оптические фотографии клеток HeLa при различных температурах, снизу - зависимость измеренной температуры от напряжения пластины

Флуоресцентные нанотермометры

Ключевые слова:  наночастица

Опубликовал(а):  Бородинов Николай Сергеевич

31 мая 2010

Измерение температуры единичной живой клетки необходимо для многих современных биомедицинских приложений, например, для онкологии, поскольку детальное исследование распределения температур может вскрыть особенности метаболизма клетки и ее реакцию на различные внешние раздражители. Существует множество различных инновационных разработок, посвященных этой теме, и не может не удивлять широкий спектр объектов, применяемых в них: углеродные нанотрубки, серебряные наносферы и квантовые точки. Еще одним классом материалов, перспективных с этой точки зрения, являются флуоресцентные материалы, позволяющие быстро и с хорошим разрешением получить пространственное распределение температуры.

Чем же интересны наночастицы NaYF4:Er3+,Yb3+? Ответ кроется в возможности многофотонной люминесценции, таким образом, длина волны излученного света оказывается меньше длины волны возбуждающего. Используя лазеры с излучением в ближнем ИК-диапазоне, можно возбуждать люминесценцию частиц с минимальными технологическими сложностями. Еще одним ценным достоинством этих наночастиц является независимость положения максимума люминесценции и поглощения от размера частиц.

Измерение температуры становится возможным благодаря особенностям энергетической диаграммы (рис.1). Уровень 2F5 Yb3+ близок по энергии 4I11 Er3+, что обеспечивает возможность перехода электрона между ними, после чего этот электрон возбуждается до уровня 4F7. Далее происходит серия безызлучательных переходов, приводящая электрон на определенный уровень, после чего следует высвечивание кванта света. При этом безызлучательные переходы могут привести электрон на два возможных уровня: 2H11 и 4S3. Заселенность этих уровней может быть описана больцмановской статистикой, таким образом, измеряя относительную интенсивность люминесценции двух длин волн можно получить значение температуры.

На рис.2 изображена схема эксперимента: ИК-лазер нагревает воду и одновременно возбуждает люминесценцию, а перпендикулярно расположен детектор видимого излучения. На рис.3А приведена зависимость относительной интегральной люминесценции от координаты (профиль пучка ИК-лазерного излучения), а на рис.3B – рассчитанная по описанной методике температура. Таким образом наглядно демонстрируется способность определения температуры нанотермометрами.

Также были проведены эксперименты с живыми раковыми клетками HeLa. Их поместили на металлическую пластину, по которой протекал ток. Выделение джоулева тепла, соответствующее квадратичной зависимости T(V) было измерено с использованием нанотермометров (рис.4), таким образом, этот модельный эксперимент показал возможность проведения in vivo измерений.

Оригинальная статья «Temperature Sensing Using Fluorescent Nanothermometers» была опубликована 5 февраля 2010 года в ACSnano.


Источник: ASCNano



Комментарии
Коваленко Артём, 31 мая 2010 23:06 
Интересно, а возбуждающее излучение не греет клетку? И, кстати, клеточные стенки для него прозрачны?
Я знаю, что подобным образом, только по соотношению стоксовых и антистоксовых рамановских линий, определяют температуру полупроводниковых p-n переходов.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Квантовая точка Ge
Квантовая точка Ge

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.