Тестирование сенсоров на основе частиц NaYF4: Yb, Er для измерения температуры в биологических средах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе гидротермального метода синтезированы частицы NaYF4: Yb, Er в виде стержней со средними размерами 1.4 мкм × 70 нм. Проведена модификация их поверхности L-цистеином, что обеспечило гидрофильные свойства. Показано, что полученные частицы обладают апконверсионной люминесценцией в видимом спектральном диапазоне при лазерном возбуждении на длине волны 980 нм. Осуществлена их температурная калибровка в физиологическом растворе, которая показала возможность удаленного измерения температуры в биологически значимом диапазоне 293 — 323 K со средней чувствительностью 43·10-4 K-1 и точность ±1.0 K. Выполнен демонстрационный эксперимент на живой нервной системе виноградной улитки Helix lucorum, где сенсоры успешно использованы для биовизуализации и удаленного малоинвазивного измерения температуры с пространственным разрешением 10 мкм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Леонтьев

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань

Л. А. Нуртдинова

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань; Казань

Е. О. Митюшкин

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань

А. Г. Шмелев

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань

Д. К. Жарков

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань

В. В. Андрианов

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань; Казань

Л. Н. Муранова

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань; Казань

Х. Л. Гайнутдинов

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань; Казань

В. Г. Никифоров

Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Казанского научного центра Российской академии наук

Email: vgnik@mail.ru
Россия, Казань

Список литературы

  1. Chen G., Qiu H., Prasad P.N., Chen X. // Chem. Rev. 2014. V. 114. No. 10. P. 5161.
  2. Ding M., Chen D., Yin S. et al. // Sci. Reports. 2015. V. 5. P. 12745.
  3. Pang G., Zhang Y., Wang X. et al. // Nano Today. 2012. V. 40. Art. No. 101264.
  4. Li S., Wei X., Li S. et al. // Int. J. Nanomed. 2020. V. 15. P. 9431.
  5. Jiang W., Yi J., Li X. et al. // Biosensors. 2022. V. 12. No. 11. Art. No. 1036.
  6. Arai M.S., de Camargo A.S.S. // Nanoscale Advances. 2021. V. 3. No. 18. P. 5135.
  7. Lv H., Liu J., Wang Y. // Front. Chem. 2022. V. 10. Art. No. 996264.
  8. Chen W., Xie Y., Wang M., Li C. // Front. Chem. 2020. V. 8. Art. No. 596658.
  9. Lee G., Park Y.I. // Nanomaterials. 2018. V. 8. No. 7. P. 511.
  10. Zhang L., Jin D., Stenzel M.H. // Biomacromol. 2021. V. 22. No. 8. P. 3168.
  11. Ghazy A., Safdar M., Lastusaari M. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2021. V. 230. Art. No. 111234.
  12. Richards B.S., Hudry D., Busko D. et al. // Chem. Rev. 2021. V. 121. No. 15. P. 9165.
  13. Chaudhary B., Kshetri Y.K., Kim T.H. // In: Upconversion nanoparticles (UCNPs) for functional applications. POSP. V. 24. Singapore: Springer Nature, 2023. P. 193.
  14. Qingqing K., Xiaochun H., Chengxue D. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2023. V. 25. No. 27. P. 17759.
  15. Yang Y., Wang L., Wan B. et al. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2019. V. 15. No. 7. P. 320.
  16. Hilderbrand S.A., Shao F., Salthouse C. // Chem. Commun. 2009. No. 28. P. 4188.
  17. Larson D.R., Zipfel W.R., Williams R.M. et al. // Science. 2003. V. 300. P. 1434.
  18. van de Rijke F., Zijlmans H., Li S. et al. // Nature Biotechnol. 2001. V. 19. P. 273.
  19. Nikiforov V.G., Leontyev A.V., Shmelev A.G. et al. // Laser Phys. Lett. 2019. V. 16. No. 6. Art. No. 065901.
  20. Leontyev A.V., Shmelev A.G., Zharkov D.K. et al. // Laser Phys. Lett. 2019. V. 16. No. 1. Art. No. 015901.
  21. Wu X.J., Zhang Q.B., Wang X. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2011. V. 2011. No. 13. P. 2158.
  22. Chatterjee D.K., Rufaihah A.J., Zhang Y. // Biomaterials. 2008. V. 29. No. 7. P. 937.
  23. Johnson N.J.J., Sangeetha N.M., Boye J.C., van Veggel F. C.J.M. // Nanoscale. 2010. V. 2. No. 5. P. 77.
  24. Park Y.I., Kim J.H., Lee K.T. et al. // Adv. Mater. 2009. V. 21. No. 44. P. 4467.
  25. Jalil A.R., Zhang Y. // Biomaterials. 2008. V. 29. No. 30. P. 4122.
  26. Xiong L.Q., Yang T.S., Yang Y. et al. // Biomaterials. 2010. V. 31. No. 27. P. 7078.
  27. Митюшкин Е.О., Жарков Д.К., Леонтьев А.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 12. С. 1724; Mityushkin E.O., Zharkov D.K., Leontyev A.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 12. P. 1806.
  28. Kaiser M., Wurth C., Kraft M. et al. // Nano Res. 2019. V. 12. P. 1871.
  29. Ruhl P., Wang D., Garwe F.R. et al. // J. Luminescence. 2021. V. 232. Art. No. 117860.
  30. Леонтьев А.В., Жарков Д.К., Шмелев А.Г. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2019. Т. 83. № 12. С. 1644; Leontyev A.V., Zharkov D.K., Shmelev A.G. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. № 12. P. 1484.
  31. Шмелев А.Г., Никифоров В.Г., Жарков Д.К. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 12. С. 1696; Shmelev A. G., Nikiforov V.G., Leontyev A.V., Zharkov D.K. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. № 12. P. 1439.
  32. Жарков Д.К., Шмелев А.Г., Леонтьев А.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 3. С. 317; Zharkov D.K., Shmelev A.G., Leontyev A.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. № 3. P. 241.
  33. Жарков Д.К., Шмелев А.Г., Леонтьев А.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 12. С. 1746; Zharkov D.K., Shmelev A.G., Leontyev A.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. № 12. P. 1486.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображение СЭМ наночастиц NaYF4: Yb, Er после поверхностной модификации L-цистеином (а); гистограмма распределения наночастиц NaYF4: Yb, Er по размерам (б)

Скачать (403KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектр апконверсионной люминесценции наночастиц NaYF4: Yb, Er (а); Диаграмма энергетических уровней и процессы переноса энергии в апконверсионной системе Yb3+ — Er3+ (б). Сплошные стрелки показывают излучательные переходы, пунктирные стрелки и линии — перенос энергии и безызлучательные переходы

Скачать (176KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры апконверсионной люминесценции NaYF4: Yb, Er, полученные при разной температуре. Эксперименты были выполнены при мощности возбуждающего излучения 0.5 Вт/см2 (а). Зависимости относительной населенности уровней 2H11/2 и 4S3/2 ионов Er3+ RHS от обратной температуры 1/T (фиолетовые точки — экспериментальные данные, фиолетовая кривая — аппроксимация функцией (1)) и чувствительности S от температуры T (оранжевая кривая) (б)

Скачать (242KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотография препарата нервной системы виноградной улитки Helix lucorum (верхнее изображение), скан конфокального микроскопа, показывающего интенсивность люминесценции АНЧ, нанесенных на препарат (нижнее изображение)

Скачать (274KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024