上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用制造技术

本发明专利技术涉及非接触微区温度检测测量的技术领域，公开了一种上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用，该上转换纳米粒子采用光学比率检测温度，用808 nm激光激发，避免了水吸收的热效应干扰，808 nm的双光子近红外直接激发和基于染料能量共振转移激发的双激发过程有效提高了纳米粒子发光转换效率和测温灵敏度；本发明专利技术的应用可以实现对生物细胞微区或区域温度的无接触测量，并可通过调节激发光功率，利用染料的强吸收将强激光激发时多余的能量转化为热，实现用于肿瘤光热疗法的精准热冲击和同时的温度监测。击和同时的温度监测。击和同时的温度监测。

【技术实现步骤摘要】
上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用
[0001]分案说明本专利技术为申请日为2019年5月21日，申请号为2019104234218，专利技术名称为“用于生物微区和光热疗的纳米探针及其合成方法和检测方法”的分案申请。


[0002]本专利技术涉及非接触微区温度检测测量的
，特别涉及一种上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用。

技术介绍

[0003]目前存在多种测温技术，例如热电偶法，热膨胀法，近红外线法等。这些测温方法都是对局域、大尺度范围的测温，且近红外法不能区分深度信息，热电偶等方法需要接触测量等要求，这些特点和要求限制了其在生物医学精准检测和治疗中的应用。生物医学中的测温除了要求有较高的稳定性和精确性外，也存在很多其他特殊要求，如需要测量微区温度研究亚细胞尺度的生理变化，医学肿瘤靶向热疗需要精准的加热和实时的温度监控等。当前，对于生物医学要求的微区点温度的监测和具有温度同步精准监控的热疗仍然难以实现。
[0004]该技术的难点在于生物微区的尺度量级较小，需要的温度检测探针的尺度也较小。另外，光热治疗时要求精准加热并能实时、精确监控加热温度。当前技术存在稳定性、实时性差，以及灵敏度和准确度低等缺点，还不能满足要求。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用，这种温度纳米探针中的上转换纳米粒子用808 nm激光激发，避免了水吸收的热效应，双路光学吸收和激发让发光更强，提高了温度检测的灵敏度和精确度。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种上转换纳米探针，该上转换纳米探针的化学式为NaYF4：Yb/Er/Nd@IR806@DSPE
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PEG；其中，上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd中的Y、Yb、Er和Nd元素的摩尔比为78：20：1：1。
[0007]优选地，所述上转换纳米探针能够被808 nm近红外激光同时直接激发和间接能量共振转移激发发出520 nm和545 nm的可见光。
[0008]本专利技术还提供了一种上转换纳米探针的合成方法，包括以下步骤：S1：合成上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd；S2：将所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd与IR806染料在CHCl3中混合，超声1小时后离心，弃上清后重悬于水溶液中，并加入DSPE
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PEG（磷脂聚乙二醇）超声30分钟，离心弃上清并用生理PBS重悬后，得所述上转换纳米探针。
[0009]优选地，在所述S1中，通过以下步骤合成所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd：将NaOH水溶液、乙醇和油酸在室温下充分混合至澄清后，将Y、Yb、Er和Nd元素的乙酸盐按照Y、
Yb、Er和Nd元素的摩尔比为78：20：1：1加入上述澄清液并搅拌均匀；接着加入NaF乙醇溶液后，190℃水热反应24 h，离心获得所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd。
[0010]优选地，所述NaOH水溶液、乙醇和油酸的体积比为3：8：20。
[0011]优选地，在所述S2中，所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd与所述IR806染料在CHCl3中的质量比为4000：1。
[0012]本专利技术还提供了一种上转换纳米探针在生物微区实时温度检测中的应用。
[0013]本专利技术还提供了一种生物微区实时温度检测方法，包括以下步骤：（1）将上转换纳米探针与待测样品按照质量体积比为1mg：1ml混合均匀，共同孵育6 h后，用PBS清洗后，使用波长为808nm的近红外激光（近红外激光的功率密度小于或等于100 mW/cm2）照射；（2）近红外激光对待测样品内的所述上转换纳米探针进行聚焦扫描激发，使其产生520 nm和545 nm的可见光；（3）根据产生的520 nm和545 nm的可见光信息，利用两路光强比率获得各聚焦扫描点的微区温度数据。
[0014]本专利技术还提供了一种上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用。
[0015]本专利技术还提供了一种光热疗实时温度检测方法，包括以下步骤：（1）在活体检测区域注射上转换纳米探针，待所述上转换纳米探针被所述活体检测区域充分吸收稳定后，使用波长为808 nm的近红外激光（近红外激光的功率密度不低于1W/cm2）对所述活体检测区域进行光热疗；其中，活体与所述上转换纳米探针的质量体积比为1mgg：1ml；（2）所述近红外激光对所述活体检测区域内的所述上转换纳米探针进行聚焦扫描激发，使其产生520 nm和545 nm的可见光；（3）根据产生的520 nm和545 nm的可见光信息，利用两路光强比率获得各聚焦扫描点的温度数据。
[0016]优选地，在纳米探针上通过物理吸附或者共价连接的方式修饰生物靶向分子，使纳米探针能主动靶向到特定细胞，并采用静脉注射的方式释药。
[0017]优选地，通过编制采集控制软件和数据分析软件实现编程控制和温度数据的直接数据和图像显示。
[0018]本专利技术的理论基础可由如下过程表示：本专利技术中，上转换纳米探针中的上转换纳米粒子由稀土元素Y、Yb、Er和Nd按比例合成，其可以由808 nm激光激发，经多光子吸收上转换后发射波长为520 nm和545 nm的可见光。上转换纳米粒子经染料分子IR806修饰和DSPE
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PEG分子包裹后构成上转换纳米探针，上转换纳米探针由808 nm近红外激光激发发射520 nm和545 nm的可见光，在激光照射下，发光能量来源于上转换纳米粒子本身Nd
3+
的多光子吸收和染料IR806吸收能量后向上转换纳米粒子产生的能量共振转移。低激发功率下，上转换纳米探针的可见光发射经带通滤光片被共聚焦显微镜检测获取，取得520 nm与540 nm处光强的比值作为微区温度信息（带通滤光片分别为520 nm、545 nm两路，808 nm激光与共聚焦显微镜耦合连接）。低激发功率下，纳米探针的可见光经带通滤光片被CCD成像仪的采集卡检测获取，取得520 nm与540 nm处光强的比值作为温度区域分布信息。强激发功率下（1 W/cm2激光照射），上转换纳米探针的可见光经带通滤光片520 nm、545 nm两路滤波，被CCD成像仪的采集卡检测获取两路光强，取得520 nm与540 nm处光强的比值作为温度信息（带通滤光片分别为520 nm、545 nm两路，CCD成像仪成像检测两路光强，并计算比率获得温度数据），并根据需要和温度信息调整激光功率和激发时间。上述过程如图6所示。
[0019]有益效果：本专利技术中的上转换纳米探针中的上转换纳米粒子用808 nm激光激发，避免了水吸收的热效应，双路光学吸收和激发让发光更强，提高了温度检测的灵敏度和精确度；大功率激发下，基于染料的光学强烈吸收和水对光的弱吸收协同提高了热效应的精确靶向，结合光学的温度检测方法为精准热疗提供了新思路；本专利技术通过利用上转换纳米材料的优异光学特性，借助在上转换纳米粒子修饰染料分子作为光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用，所述上转换纳米探针的化学式为NaYF4：Yb/Er/Nd@IR806@DSPE
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PEG；其中，上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd中的Y、Yb、Er和Nd元素的摩尔比为78：20：1：1。2.根据权利要求1所述的上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用，其特征在于：所述上转换纳米探针的合成方法包括以下步骤：S1：合成上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd；S2：将所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/Er/Nd与IR806染料在CHCl3中混合，超声1小时后离心，弃上清后重悬于水溶液中，并加入DSPE
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PEG超声30分钟，离心弃上清并用生理PBS重悬后，得所述上转换纳米探针。3.根据权利要求2所述的上转换纳米探针在光热疗实时温度检测中的应用，其特征在于：在所述S1中，通过以下步骤合成所述上转换纳米粒子NaYF4：Yb/...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏言春，权莉，王益民，潘长江，刘莹，雍建芳，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：