Forskere udvikler dual-excitation-dekodningsstrategi til termisk sensing med høj nøjagtighed

Luminescerende nanotermometri er en ikke-invasiv metode til at detektere temperatur in vivo, hvilket er vigtigt i biologi og nanomedicinsk forskning.

Traditionelle ratiometriske termometrimetoder bruger generelt intensitetsforholdet mellem to ikke-overlappende emissioner med distinkte termiske reaktioner som den termometriske parameter. Imidlertid, sådanne metoder lider af en meget lav nøjagtighed i dybt vævstemperaturaflæsning.

I en undersøgelse offentliggjort i Avanceret videnskab, en forskergruppe ledet af prof. Chen Xueyuan fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) fra det kinesiske videnskabsakademi foreslog en ny dual-excitation-dekodningsstrategi til højnøjagtig termisk sensing.

Denne strategi er baseret på hybride nanokompositter bestående af selvsamlede NIR kvanteprikker (QD'er) og Nd ³⁺ dopede fluorid nanokrystaller (NC'er), hvor intensitetsforholdet mellem to emissioner ved identisk bølgelængde defineres som den termometriske parameter for at undgå skadelig interferens fra bølgelængde- og temperaturafhængig fotondæmpning i væv.

Forskerne designet omhyggeligt de hybride nanokompositter sammensat af NIR QD'er og NC'er for at opnå intensitetsforholdet mellem to overlappende emissioner ved 1057 nm tilskrevet QD'er og NC'er, henholdsvis, som den termometriske parameter under 808 nm excitation.

Ved at drage fordel af de forskellige absorptionsegenskaber mellem QD'er og NC'er, de overlappende emissionssignaler kunne nemt afkodes for at opnå deres intensitetsforhold gennem dual-excitation afkodningsstrategien, der benyttede en anden 830 nm laserstråle, der fulgte den samme optiske vej som 808 nm laser til udelukkende at excitere QD'er.

Desuden, forskerne bekræftede i proof-of-concept ex vivo-eksperimenterne, at ved en detektionsdybde på ~ 1,1 mm i væv, en sådan dual-excitation afkodningsstrategi var i stand til at opnå høj nøjagtig temperaturaflæsning med en lille fejl på ~ 2,3 °C, tæt på termometres termiske opløsning (~ 1,8 °C).

Derimod under de samme eksperimentelle forhold, der opstod en stor fejl på ~ 43,0 °C for den traditionelle ratiometriske termometritilstand baseret på de ikke-overlappende emissioner ved 1025 og 863 nm fra QD'er og NC'er, henholdsvis.

Den foreslåede termiske sensingsstrategi kan minimere den skadelige interferens fra bølgelængdeafhængig fotondæmpning i væv.