一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其主要利用激光功率计测得在特定波长下的激光的原始功率以及分别透过纯溶剂与光热剂溶液之后的功率，将透过纯溶剂和光热剂溶液损失的能量差作为光热剂吸收转换的热能，来计算获得光热转换效率。该测量方法与传统测量方法相比，简单有效，且不需要依赖于大型贵重仪器紫外‑可见‑近红外分光光度计以及贵重仪器热成像仪，不需要对操作者有较为严格的专业背景以及技能培训要求，也不需要耗费太多的时间进行处理计算，就可以快速有效计算获得光热转换效率。

A fast and effective method for measuring photothermal conversion efficiency of photothermal agents

【技术实现步骤摘要】
一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法
本专利技术涉及一种测量方法，尤其涉及一种光热剂的光热转换效率的测量方法。
技术介绍
随着癌症在全球发病率以及死亡率的增加，由于癌症的治愈率低，病人承受着巨大的痛苦以及经济压力，全球迫切的需要一种方式可以有效的解决癌症治疗，光热治疗应运而生，光热治疗的关键在于光热剂，光热剂可以吸收特定的波长，将光能转换为热能，从而可以对异常细胞或组织进行有选择性的局部加热(45℃左右)，在温和的温度下会发生蛋白质变性以及细胞膜的破坏，引起细胞的不可逆损伤，最后达到治疗癌症的目的。光热治疗主要是将吸收的光能转换为热能用于癌症的治疗，也有极少部分光热剂除将吸收的光能转换为热能用于癌症治疗外，还能将部分光能转换为荧光用于肿瘤的成像，本申请中探讨的光热剂除特殊说明外，其余均指将吸收的光能仅转换为热能的主流光热剂。在光热治疗中，光热转换效率是用于评价光热剂将光能转换为热能能力的一个重要指标，光热转换效率的差异则是影响光热剂在研究以及临床应用中的重要因素。传统光热剂光热转化效率的测量方法是RoperDK在2007年提出的(RoperDK，AhnW，HoepfnerM.Microscaleheattransfertransducedbysurfaceplasmonresonantgoldnanoparticles[J].TheJournalofPhysicalChemistryC，2007，111(9):3636-3641.)，其计算公式是其中，h为容器的传热系数(W/(m2*℃))；A为容器的表面积(m2)；T最高升高温度为体系所能到达的最高温度(℃)；T环境温度为周围环境温度(℃)；Q溶剂吸收功率为溶剂在激光照射下吸收的功率(W)；I照射功率为激光功率(W)；Aλ为悬液在相应激光波长处的紫外分光光度计的吸光度。上述传统光热转换效率测量方法存在如下原理方面的偏差，主要包括1)：上述计算公式中分母为利用比尔定律根据样品吸光度A计算的入射激光的相对功率，而不是入射激光的初始功率；2)：上述计算公式在实验过程中是在真空环境下测得的热平衡时间，不仅与定义的差别很大(文献中提到为10倍)，而且在平时操作中也不可能达到真空下进行测量；3)：温度的测量，上述计算公式测量过程中采用的是热电偶测量温度，热电偶的存在对于升温有着极大的影响。上述传统光热转换效率测量方法还存在如下测试过程方面的缺陷，主要表现在：1)：测试操作过程需要紫外分光光度计测得光热剂在对应波长的吸收值，现有的紫外-可见光分光光度计的分析波长只有：190-900nm，虽然也有分析波长更长的紫外-可见-近红外分光光度计(分析波长：200-2500nm)，但是两者都是属于相对昂贵的大型设备，不容易获得，尤其是相对于分析波长更长的紫外-可见-近红外分光光度计来说；2)：在操作过程中还需要记录温度变化，虽然可以用探头以及温度计可以测量温度变化，但是两者都是需要放置在光热剂溶液里面，这样的测量方式严重影响实验的结果，因此一般采用热成像仪来记录温度变化相比比较准确，但是，热成像仪也是一种相对昂贵的测量仪器，且紫外分光光度计和热成像仪仪器一般都需要相关专业背景或者经过相关专业操作培训的专业技术人员才能操作；3)：在测量温度变化过程中，需要操作者不间断的记录光热剂在照射下的温度变化，此过程极度的费时费力，而且为了实验的准确性，需要选择一个相比密闭没有空气对流(气流会影响光热剂的温度变化，进一步影响实验结果)的环境进行测试，测试条件比较严格；且由于测试时间较长，需要考虑扩散至环境中的热量；4)：后期数据处理也是一个比较复杂的过程，需要相关专业技术人员将测得的相关参数进行处理，拟合曲线，代入公式转化计算，涉及的工作量较大，费时费力。因此，设计另外一种更加简单有效的光热转换效率测量方法显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何实现一种能够减少测量时间、减少对大型贵重仪器的依赖以及减少对操作者的专业背景以及相应技能的需求的有效的光热剂光热转换效率测量方法。为了解决上述的技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：根据光热转换效率的定义，在这里引入一种简单易得的测量仪器-激光功率仪，此种仪器相对于紫外-可见-近红外分光光度计和热成像仪不仅更加便宜，而且激光功率仪的波长范围为19-11000nm，较紫外-可见-近红外分光光度计测试范围更广。本专利技术采用gentereo公司的激光功率计(unolaserpowermeter波长范围为190-20000nm)，此仪器采用连续激光照射在包含热电堆和光电二极管两种传感器的综合探头上，热电堆和光电二极管将光能转换成热量，再转换为电信号输出，通过校准来精确测量激光功率的大小。在显示功率稳定后即可读数，测量时长一般在30秒到5分钟不等。本申请所述测量方法基于现有的光热剂材料因为不存在光致发光或者其他损耗，默认为光热剂吸收的能量全部以热能的形式散发出去的原理；不同于传统测量方法中利用温度变化来计算所产生的热量，而是利用光热剂对入射激光产生吸收并将其转化为热能的性质，通过激光功率计分别测量激光透过光热剂溶液和纯溶剂的激光功率变化来计算热量，进而减少传统测量方法过程中由于温度变化测量条件严苛繁琐以及测量时间较长带来的误差，由于光热剂能够吸收激光能量将光能转换成热能，利用在特定波长下的激光分别透过纯溶剂与光热剂溶液损失的能量差作为光热剂吸收转换的热能，然后将光热剂吸收转化的热能(表现为功率)除以入射激光的功率，即可计算获得光热转换效率。一种快速有效的光热剂的光热转换效率测量方法，具体操作步骤为：先测定原始特定波长的激光功率W原始，然后将装有纯溶剂的石英皿放在光源前，测量特定波长激光透过纯溶剂后的功率W溶剂，两者的差值W原始-W溶剂定义为溶剂所吸收的功率，接着将装有均匀分散在溶剂中的光热剂溶液的石英皿放在光源前，测定特定波长激光透过光热剂溶液后的功率W光热剂，两者的差值W原始-W光热剂定义为光热剂溶液所吸收的功率，最后光热转换效率的计算公式为光热剂溶液所吸收的功率减去溶剂所吸收的功率的差除以原始特定波长的激光功率，即为进一步的，所述特定波长为808nm。进一步的，所述光热剂为聚多巴胺纳米颗粒。进一步的，所述聚多巴胺纳米颗粒的粒径为34-200nm；分散的溶剂选自去离子水、磷酸盐缓冲液和醋酸缓冲液中的任意一种，优选去离子水。进一步的，所述聚多巴胺纳米颗粒溶液的制备过程如下：(a)常温下，将一定量的多巴胺盐酸盐加入溶剂中搅拌均匀。(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃。(c)待溶液温度升至70℃后，加入适量的氢氧化钠，并在70℃下搅拌下5h。(d)将生成的聚多巴胺颗粒用14500分子量的透析袋透析24h，然后用50000分子量的超滤管超滤得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒浓缩液或者将生成的聚多巴胺颗粒离心收集，并用蒸馏水重新分散再离心的方法将颗粒洗三次，即可得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒。进一步的，所述光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，采用如下步骤：/nS1：打开激光功率仪，对激光功率仪进行清零校准；/nS2：打开特定波长的激光器，调整激光的光圈覆盖激光功率仪检测器的60％-80％，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W

【技术特征摘要】
1.一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，采用如下步骤：
S1：打开激光功率仪，对激光功率仪进行清零校准；
S2：打开特定波长的激光器，调整激光的光圈覆盖激光功率仪检测器的60％-80％，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W原始；
S3：将装有一定体积纯溶剂的石英皿放在激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W溶剂；
S4：取相同体积的光热剂溶液置于石英皿中，将该装有光热剂溶液的石英皿放置于激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W光热剂；
S5：将上述测得的各数据代入如下公式计算获得光热转换效率，公式如下：



W原始：为激光照射在检测器上显示的功率；
W溶剂：为激光透过纯溶剂后在检测器上显示的功率；
W光热剂：为激光透过光热剂溶液后在检测器上显示的功率。


2.根据权利要求1所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述激光器的特定波长为808nm。


3.根据权利要求1所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述光热剂为聚多巴胺纳米颗粒。


4.根据权利要求3所述的一种快...

【专利技术属性】
技术研发人员：周绍兵，杜天意，杨光，徐玲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51