Onderzoekers ontwikkelen een decoderingsstrategie met dubbele excitatie voor zeer nauwkeurige thermische detectie

Luminescente nanothermometrie is een niet-invasieve methode om temperatuur in vivo te detecteren, wat belangrijk is in biologie en nanogeneeskunde.

Traditionele ratiometrische thermometriemethoden gebruiken in het algemeen de intensiteitsverhouding van twee niet-overlappende emissies met verschillende thermische responsen als de thermometrische parameter. Dergelijke methoden hebben echter een zeer lage nauwkeurigheid bij het aflezen van diepe weefsels.

In een studie gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap, een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Chen Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academy of Sciences stelde een nieuwe decoderingsstrategie voor met dubbele excitatie voor hoognauwkeurige thermische detectie.

Deze strategie is gebaseerd op hybride nanocomposieten die bestaan ​​uit zelf-geassembleerde NIR-kwantumdots (QD’s) en Nd³⁺ gedoteerde fluoride nanokristallen (NC’s), waarbij de intensiteitsverhouding van twee emissies bij identieke golflengte wordt gedefinieerd als de thermometrische parameter om schadelijke interferentie door golflengte- en temperatuurafhankelijke fotonverzwakking in weefsel te vermijden.

De onderzoekers ontwierpen de hybride nanocomposieten die zijn samengesteld uit NIR QD’s en NC’s om de intensiteitsverhouding van twee overlappende emissies bij 1057 nm te verkrijgen, toegeschreven aan respectievelijk QD’s en NC’s, als de thermometrische parameter onder 808 nm excitatie.

Door te profiteren van de ongelijksoortige absorptie-eigenschappen tussen QD’s en NC’s, konden de overlappende emissiesignalen handig worden gedecodeerd om hun intensiteitsverhouding te verkrijgen via de decoderingsstrategie met dubbele excitatie die een andere 830 nm laserstraal gebruikte die hetzelfde optische pad volgde als 808 nm laser om exclusief te exciteren QD’s.

Bovendien hebben de onderzoekers in de proof-of-concept ex vivo-experimenten geverifieerd dat, bij een detectiediepte van ~ 1,1 mm in weefsel, een dergelijke decoderingsstrategie met dubbele excitatie in staat was om een ​​zeer nauwkeurige temperatuurmeting te bereiken met een kleine fout van ~ 2,3 ° C, dicht bij de thermische resolutie van thermometers (~ 1,8 ° C).

Daarentegen trad onder dezelfde experimentele omstandigheden een grote fout van ~ 43,0 ° C op voor de traditionele ratiometrische thermometriemodus op basis van de niet-overlappende emissies bij 1025 en 863 nm van respectievelijk QD’s en NC’s.

De voorgestelde thermische detectiestrategie kan de schadelijke interferentie van golflengte-afhankelijke fotonverzwakking in weefsel minimaliseren.