[发明专利]激光泵浦上转换荧光测温系统

说明书

本发明属于光学设备技术领域，具体为一种激光泵浦上转换荧光测温系统。本发明由半导体激光器、样品台、循环控温器、体相测温计、滤光片、CCD检测器和计算机组成。该系统能够对标记有温度敏感的上转换发光探针的材料、细胞或者生物组织进行实时、非侵入式的成像，通过对上转换荧光的采集，监控材料、细胞或者生物组织内温度变化的情况；另外，该系统能对荧光温度探针的光学性质和温度响应的相关性进行检测以及实现上转换荧光温度探针的微区加热，用于测定与上转换荧光温度探针结合的光热转换材料的温度。本发明可提高荧光温度检测的可操作性和实时性，为材料科学、生命科学和医学研究以及荧光温度检测技术的应用提供一种有力的工具。

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及一种激光泵浦上转换荧光测温系统。

背景技术

光学温度传感在工业、军事、医疗等领域有着十分重要的意义。不同于其他接触式的测温方法如热膨胀测温、热阻测温、热电测温等，光学测温能够实现对样本的非接触式温度检测，对于一些超小尺度的样品如细胞、微纳器件以及要求低损乃至无损的样本如活体组织来说，光学测温是一种无可替代的测温方式。鉴于荧光检测技术在近几十年来的迅猛发展，荧光检测的灵敏度以及精确度都有了很大的提高，因此使用荧光信号进行光学温度检测具有检测速度快、需要的样品量少、检测灵敏度高等优势。最近，基于小分子或者纳米材料的荧光温度探针受到了国内外研究者越来越多的重视，通过荧光温度探针对样本进行标记能够实现样本温度变化的实时跟踪、特异性，选择性观测以及高分辨成像等。目前能够实现荧光温度检测的探针包括温敏荧光小分子、量子点、纳米金刚石、荧光聚合物纳米材料和稀土上转换纳米晶等，这些温敏探针的工作原理主要是荧光的发射能级的布居数与温度的指数成线性相关的关系，即符合布尔兹曼分布，通过对荧光信号强度变化的检测，就可以获知当前温度探针所处的环境的温度值。上述这些荧光温度探针在材料科学、生命科学和医学领域有着广泛的应用前景，比如有文献报道使用温度敏感的荧光小分子实现微纳器件的温度检测，使用纳米金刚石实现高分辨率的细胞升温监控，使用上转换发光纳米晶实现光热治疗的温度检测等。从这些例子中可以看出，基于荧光的温度检测技术将大大推动纳米材料学、生命科学、医学朝向更加精准的方向发展。

在已经报道的荧光温度探针中，基于激光泵浦的稀土上转换发光的荧光温度探针有一些独特的性质而优于其他探针。首先，上转换发光的机理与一般的荧光探针的机理不同，是将两个或者多个低能量的近红外光子转化为一个高能量光子的过程。这样的发光机理能够大大降低背景自发荧光的干扰，通过近红外的激光激发，还能够提高检测的深度并且减少激发光对样本尤其是生物组织的损伤。另外，一般的荧光温度探针都是单谱带发射，会因为样品的吸收、散射或者位置移动而造成检测的不准确性。稀土上转换发光温度探针的另一特征是多谱带发射，这些多谱带发射的能级分布关系符合布尔兹曼分布，因而能实现荧光比度温度检测，由此避免了单一谱带检测的误差。例如稀土铒掺杂的上转换纳米材料的两条绿光发射带(分别对应能级跃迁²H_11/2→⁴I_15/2和⁴S_3/2→⁴I_15/2)的发射强度比例与温度相关，因此被用来作为比度温度探针。目前荧光温度检测还处于发展阶段，尚缺乏基于上转换发光的荧光温度检测系统，如果能够将激光泵浦的上转换发光采集技术与温度检测技术结合起来，发展一种新型的荧光温度检测系统，将十分有助于提高荧光温度检测的可操作性和实时性，为材料科学、生命科学和医学研究以及荧光温度检测技术的应用提供一种有力的工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光泵浦的上转换荧光温度检测系统，该系统能够对标记有温度敏感的上转换发光探针的材料、细胞或者生物组织进行实时、非侵入式的成像，能够通过对上转换荧光的采集，监控材料、细胞或者生物组织内温度变化的情况。