Et optoelektronisk termometer baseret på mikroskala infrarød-til-synlig konverteringsenheder

Rumlig og tidsmæssigt løst temperaturføling med høj nøjagtighed er kritisk og har brede anvendelser inden for forskellige områder, såsom industriel fremstilling, miljøbeskyttelse og sundhedsovervågning. Optisk-baserede sensorer tilbyder attraktive løsninger til temperaturovervågning i biomedicinsk diagnostik på grund af deres fordele ved fjerndetektion, minimal indtrængen, immunitet over for elektromagnetisk interferens og høj opløsning. Disse optiske registreringsmodaliteter kan være baseret på lysintensitet, bølgelængde, spidsbredde og/eller henfaldslevetid. Opkonverteringsmekanismen dæmper den biologiske autofluorescens, letter vævsgennemtrængning og giver bekvemt visualiserede og let opfangede synlige lyssignaler, hvilket præsenterer en mere egnet metode til sansning i biologiske systemer

I et nyt papir offentliggjort i Light Science &Application , et team af videnskabsmænd, ledet af Dr. He Ding fra School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Prof. Xing Sheng fra Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, og kolleger har udviklet en optoelektronisk NIR-til-synlig opkonverteringsenhed baseret på designet halvleder-heterostrukturer, der udviser en lineær respons, hurtig dynamik og lav excitationskraft. De temperaturafhængige fotoluminescensegenskaber for den optoelektroniske opkonverteringsanordning undersøges systematisk, og dens evne til termisk sensing demonstreres.

Den foreslåede temperaturfølingsstrategi er baseret på en fuldt integreret optoelektronisk opkonverteringsenhed, der består af en lavbåndsgab, galliumarsenid (GaAs) baseret dobbeltforbindelsesfotodiode og en indiumgalliumphosphid (InGaP) baseret lysemitterende diode (LED) med stort båndgab. forbundet i serie. Som vist tidligere er de litografisk definerede og epitaksialt frigivne mikroskalaenheder (størrelse ~300×300 μm ² ) realiserer effektiv NIR-til-synlig opkonvertering med en lineær respons og ultrahurtig dynamik.

Under nær-infrarødt lys excitation i bølgelængdeområdet på 770-830 nm ledsages den røde emission af den optoelektroniske opkonverteringsenhed af en reduceret intensitet og en rødforskydning af emissionstoppen fra 625 nm til 637 nm med stigende temperatur. Baseret på synergiske faktorer, der tilskrives materialernes egenskaber og strukturdesign, en intensitet-temperaturfølsomhed på ~1,5 % °C ^-1 og en spektrum-temperaturfølsomhed på ~0,18 nm °C ^-1 er opnået.

Med et så robust optoelektronisk opkonverteringstermometer foreslår forskerne flere anvendelser:

"Gennem et stort område enhedsarray af de optoelektroniske opkonverteringsenheder kan vi udføre rumligt opløst termisk sensing. For eksempel bruger vi luftpistoler til at generere varm luftstrøm, der blæser på prøven, forstyrrer og til sidst slukker opkonverteringsemissionen. I følge forholdet mellem emissionsintensitet og temperatur, kan vi opnå den rumlige fordeling og temperaturændringer i realtid," sagde He Ding ved Beijing Institute of Technology.

"Opkonverteringsenheden kan frigøres fra det dyrkede substrat og yderligere integreres med fiberoptik for at danne lysledede termiske sensorer. Supplerende med forbundne elektriske sensorer er en sådan optisk-baseret teknik mere velegnet til brug i miljøer med stærke elektromagnetiske interferenser, og især i stand til at opnå signaler under magnetisk resonansbilleddannelse (MRI).Et sådant fiberkoblet, bærbart system kan bekvemt anvendes til biomedicinske applikationer, for eksempel overvågning af udåndingsadfærden lukket til munden af ​​mennesker og dybt væv med implantationen i musehjernen, som en proof-of-concept demonstration," sagde Xing Sheng ved Tsinghua University.

"De MR-kompatible, implanterbare sensorer kombineret med fiberoptik tilbyder både forskning og klinisk betydning, med et potentiale for lokaliseret temperaturovervågning i den dybe krop. Disse materialer og enhedskoncepter etablerer et elværktøjssæt med store applikationer i miljøet og sundhedssektoren, " konkluderede Xing Sheng. + Udforsk yderligere

Præcis antitumorstrategi opnået via foto-switchable lanthanid-dopede nanopartikler