Advanced Science:基于近红外稀土纳米晶/量子点双激发解码策略的精准温度探测

近红外荧光比率型温度传感具有较大的组织穿透深度、较低的背景荧光干扰及无创探测等优点,因而在生物医学领域具有广阔的应用前景。为了避免荧光探测信号相互串扰,传统的近红外荧光比率型温度探测模式采用两个无交叠的荧光发射的强度之比作为温敏参数。然而,光在生物组织中的衰减系数具有波长依赖性,因而两个无交叠的荧光发射的强度之比这一温敏参数不仅受温度调制,还与荧光信号在组织中的衰减系数及穿透深度有关。因此,利用传统的近红外荧光比率型温度探测模式进行生物组织内温度探测时,所获得的温敏参数会因为光在组织中的衰减而偏离真实值,导致产生温度测量偏差。因此,如何实现生物组织内准确的温度探测依然是一个严峻的挑战。

中国科学院福建物质结构研究所陈学元课题组针对上述问题,首次提出了利用基于稀土纳米晶/量子点复合物探针的双激发解码策略来实现生物组织内精准温度探测。首先,利用核壳结构NaLuF4: Nd3+, Gd3+@NaGdF4稀土纳米晶和PbS@CdS@ZnS量子点在两亲分子形成的胶束中进行自组装来构建稀土纳米晶/量子点复合物微球,并将其在808 nm激光激发下,波长均位于1057 nm处的两个分别来自于量子点及纳米晶中Nd3+离子的发射的强度之比定义为温敏参数。随后,该团队巧妙地利用量子点与Nd3+离子不同的光吸收特性,选用与808 nm激光波长相近且共路的另一束830 nm激光来单独激发出复合物中量子点的发光,最终通过此种双激发策略将1057 nm处重叠的发射信号进行分离,并计算其发射强度比值作为温敏参数。进一步地,该团队从实验上验证了双激发解码策略相较于传统的近红外荧光比率型温度探测模式在生物组织内温度探测的准确度方面的显著优越性。相关结果以全文的形式发表于《Advanced Science》杂志(DOI: 10.1002/advs.202001589)。

该项研究工作所提出的基于稀土纳米晶/量子点双激发解码策略突破了传统的近红外荧光比率型温度探测模式在生物组织内部探温中存在测量偏差这一瓶颈问题,为实现组织内温度精准探测提供了新思路,并对其它类型的比率型荧光生物检测也具有方法论意义。