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

 

Наноновогодняя Наноелочка 2016
Наноновогодняя Наноелочка 2016

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

Пять медалей завоевали российские школьники на Международной физической олимпиаде
Стали известны итоги 50-й Международной физической олимпиады для школьников, которая проходила в Тель-Авиве (Израиль). Российская сборная завоевала в состязаниях 4 золотые и одну серебряную медаль.

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

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.