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

 

Тодорокит
Тодорокит

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.