镓酸盐长余辉纳米材料的高效激发与温度传感特性研究

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基本信息

  • 批准号:
    11904364
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2207.光谱学与固体发光
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Fluorescent temperature probes based on long persistent materials without real-time external excitation are immune to heating effects and autofluorescence, and thus can achieve accurate temperature measurement, which have the potential to substitute conventional ones with real-time excitation and play a pivotal role in the areas of cell temperature imaging and thermal therapy of tumor. This project is dedicated to exploiting long persistent temperature probe in the near infrared II region, which has merits of deep tissue penetration and not been reported so far. Ni2+ doped gallates are selected as study objects due to their persistent luminescence located in the near infrared II region. However, there are several great challenges for Ni2+ doped gallate nanocrystals, such as controllable synthesis of nanocrystals, efficient excitation and improvement of thermal sensitivity. In view of the above problems, the research contents are as follows. The controllable preparation of gallate nanocrystals with core-shell structure will be investigated. For effective excitation of Ni2+ afterglow in the biological window, the energy transfer channels between rare earth and Ni2+ ions will be constructed and discussed in details. Aiming at improvement of thermal sensitivity, the influences and manipulations of trap depth will be studied. The relationship between thermal sensitivity and trap depth will be systematically analyzed. Meanwhile, the mechanisms of temperature sensing for long persistent materials will be elaborated. Finally, the long persistent temperature probes are obtained in the near infrared II region, whose thermal sensitivity and persistent time are more than 5% K-1 (in the physiological temperature range) and 2 h, respectively.
免实时激发的长余辉材料作为荧光温度探针,可避免热效应的影响、排除生物自发荧光的干扰,极大地提高温度测量的准确性,有望替代传统实时激发的荧光温度探针,在细胞温度成像与肿瘤热治疗领域发挥巨大作用。本项目致力于研发具有深层组织探测优势的近红外二区长余辉温度探针(尚未见报道),选取余辉发光在近红外二区的Ni2+掺杂镓酸盐材料为研究对象,但Ni2+掺杂镓酸盐纳米晶在可控制备、高效激发以及测温灵敏度提高方面存在巨大挑战。针对以上问题,本项目拟开展如下研究:探索核壳结构镓酸盐纳米晶的可控制备;构建高效的稀土与Ni2+离子能量传递通道,探索在生物窗口有效激发Ni2+余辉发光;以提高测温灵敏度为目标,围绕陷阱深度的影响与调控开展研究,阐明陷阱深度与测温灵敏度的关系,揭示长余辉材料温度传感机理。最终研发出在生理温区测温灵敏度大于5% K-1、余辉时间大于2小时的近红外二区长余辉温度探针。

结项摘要

本项目围绕镓酸盐长余辉纳米晶的可控制备,高效激发等开展研究,以提升其余辉性能为目标,并探索在余辉温度探针方面的应用。分别采用盐微乳液法制备Y3Al2Ga3O12:Ce3+/Cr3+/Nd3+纳米晶,与介孔模板法制备mSiO2@Zn0.6Ca0.4Ga2O4:Cr3+/Yb3+纳米晶。通过对合成工艺与反应条件优化,实现纳米晶形貌、尺寸同步调控,突破了镓酸盐纳米晶的可控制备技术。构建能量传递通道,结合陷阱密度与深度调控,解决了Nd3+/Yb3+近红外二区余辉发光低效的难题。研究发现Nd3+离子(1063 nm)余辉时间可达60分钟,余辉穿透深度为3.9毫米;Yb3+离子(1000 nm)余辉时间达10分钟,余辉穿透深度为2.8毫米。研究结果表明镓酸盐长余辉纳米材料在生物成像领域展现出巨大的应用潜力。镓酸盐长余辉纳米材料有望作为荧光温度探针,但余辉强度弱,导致信噪比与测量精度差。余辉强度随时间推移不断衰减,为确保其测温稳定性,适用于余辉温度探针的测温方法有待进一步探索。除以上研究外,为提高灵敏度我们还开展了如下研究工作:一是通过双波长激发,促使稀土离子发光叠加增强,并从理论上阐明灵敏度叠加提高的可行性与必要条件。二是利用晶体负热膨胀特性,设计了兼具热猝灭与负热猝灭特性的高灵敏度荧光温度探针。本项目研究成果为设计高灵敏度荧光温度探针提供理论依据及指导。该项目执行期间发表论文5篇,分别发表于Optics Letters, Physica Status Solidi - Rapid Research Letters, Nanoscale, Journal of Materials Chemistry B, Journal of luminescence等期刊。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Enhanced Sensitivity for Tm3+/Er3+-Based Thermometer Through Dual-Wavelength Excitation
通过双波长激励增强 Tm3 /Er3 温度计的灵敏度
  • DOI:
    10.1002/pssr.202200379
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Physica Status Solidi – Rapid Research Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hongyu Lu;Yang Lu;Jiang Zhu;Jinxin Li;Jiayu Wang;Hua Zou
  • 通讯作者:
    Hua Zou
Synthesis and optical properties of a Y3(Al/Ga)5O12:Ce3+,Cr3+,Nd3+ persistent luminescence nanophosphor: a promising near-infraredII nanoprobe for biological applications
Y-3(Al/Ga)(5)O-12:Ce3 ,Cr3 ,Nd(3 )持久发光纳米荧光粉的合成和光学性质:一种有前景的近红外-II纳米探针的生物应用
  • DOI:
    10.1039/d0nr03269g
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Luyan Wu;Jie Hu;Qilin Zou;Yaling Lin;Decai Huang;Dejian Chen;Hongyu Lu;Haomiao Zhu
  • 通讯作者:
    Haomiao Zhu
Enhanced persistent luminescence of MgGeO3: Yb3+ nanoparticles via substitution of Ge4+ by Ga3+ ions for biological applications
通过 Ga3 离子取代 Ge4 增强 MgGeO3: Yb3 纳米颗粒的持久发光,用于生物应用
  • DOI:
    10.1016/j.jlumin.2023.119741
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    Journal of Luminescence
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yaling Lin;Jie Hu;Yongwei Guo;Qilin Zou;Dejian Chen;Kunyuan Xu;Sisi Liang;Xiaodong Yi;Hongyu Lu;Shi-Bin Wang;Haomiao Zhu
  • 通讯作者:
    Haomiao Zhu
Multiple emission bands NIR-persistent luminescence mSiO2@Zn0.6Ca0.4Ga2O4:Cr3+,Yb3+ nanoparticles for biological applications
用于生物应用的多发射波段近红外持续发光 mSiO2@Zn0.6Ca0.4Ga2O4:Cr3 ,Yb3 纳米颗粒
  • DOI:
    10.1039/d0tb02552f
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Yaling Lin;Jie Hu;Luyan Wu;Qilin Zou;Dejian Chen;Decai Huang;Hongyu Lu;Shi-Bin Wang;Haomiao Zhu
  • 通讯作者:
    Haomiao Zhu
Highly sensitive thermometry based on thermal quenching and negative thermal quenching materials
基于热淬火和负热淬火材料的高灵敏测温
  • DOI:
    10.1364/ol.471518
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Hongyu Lu;Jiang Zhu;Yang Lu;Jinxin Li;Jiayu Wang;Hua Zou
  • 通讯作者:
    Hua Zou

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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