Cr3+에 결합된 광학 가열 및 발광 온도 측정

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16364(2022) 이 기사 인용

895 접속

2 인용

측정항목 세부정보

단일 형광체 내에서 생성된 빛을 동시에 제어하여 광학 가열이 가능하다는 점은 여러 응용 분야의 관점에서 특히 매력적입니다. 이는 효율적인 광학 가열을 가능하게 하는 새로운 솔루션을 찾는 데 동기를 부여합니다. 이러한 요구에 부응하여 Cr3+ 이온의 높은 흡수 단면적을 바탕으로 발열 효율이 높은 YAl3(BO3)4:Cr3+ 기반의 광 히터가 개발되었습니다. 동시에, 단조로운 온도 의존성 덕분에 Cr3+ 밴드의 2E(g) → 4A2(g) 및 4T2(g) → 4A2(g)의 방출 강도 비율은 발광 온도 측정을 사용하여 형광체의 원격 온도 판독을 가능하게 합니다. 기술. 단일 형광체 내에서 이 두 가지 기능의 조합으로 인해 YAl3(BO3)4:Cr3+는 유망한 자체 열 제어 광열 제제가 됩니다.

오늘날 나노기술, 마이크로전자공학, 생물의학 및 포토닉스의 급속한 발전으로 인해 제어된 매개변수의 정확성과 높은 신뢰성 측면에서 새로 도입된 측정 및 감지 기술에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 매개변수 중 하나는 많은 생물학적, 물리적, 화학적 및 기술적 프로세스1,2,3,4,5에서 중추적인 역할을 하는 기본 열역학적 매개변수를 구성하는 온도입니다. 이러한 이유로 온도를 적절하게 제어하고 조절하는 것이 매우 중요합니다. 그러나 기존 온도계의 경우와 마찬가지로 가혹하고 부식성 환경, 빠르게 움직이는 물체 또는 생체 내 및 시험관 내 하위 조직 온도 결정6,7,8,9,10처럼 직접적인 온도계-물체 접촉은 접근하기 어렵거나 심지어 불가능한 경우가 많습니다. 또한 접촉식 온도계와 측정 대상 사이의 전도 및 열 전달 원리를 기반으로 하는 온도 측정은 달성된 공간 분해능(마이크로미터 이하 크기)3의 한계로 인해 마이크로/나노미터 시스템에 큰 방해를 발생시킵니다. ,11,12,13. 따라서 신뢰할 수 있는 온도 판독을 보장하는 대체 기술을 모색하고 있습니다. 최근 원격 측정 및 온도 매핑을 위한 독특한 기술인 발광 온도계(LT)가 개발되었습니다. LT는 방출 밴드의 강도, 스펙트럼 형태 또는 도펀트 이온의 여기 상태의 동역학과 같은 형광체의 발광 특성의 열적 의존성을 기반으로 합니다. 빠른 응답 시간, 높은 온도 판독 정확도, 비침습성, 전자기 간섭 부족이 이 기술을 구별하는 주요 장점입니다. LT는 일반적으로 사용 가능하고 널리 사용되는 적외선 열 카메라27,28와 구별되는 재료의 방사율에 관계없이 표면뿐만 아니라 물체 부피의 정확한 온도를 측정할 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. LT가 제공하는 제시된 온도 감지 기능은 세포 대사의 원격 분석 또는 종양의 고열 동안 실시간 온도 감지를 위한 시험관 내 또는 생체 내 생물학적 응용 분야에 특히 매력적입니다29,30,31. 광열 요법(PTT)은 암 치료를 위한 유망한 접근법으로, 여기 광자의 에너지가 그래핀, 탄소 재료, Ln3+ 도핑된 형광체 또는 폴리머와 같은 적합한 제제에 의해 열로 변환될 수 있다는 사실에 의존합니다. 암세포의 괴사 또는 세포사멸. 치료의 효과는 사용된 나노히터와 발생되는 열의 양에 크게 좌우되기 때문에, 세포 내 가열이 부족하거나 과열되면 암세포의 치료가 효과적이지 않거나 주변의 건강한 세포에 돌이킬 수 없는 손상이 발생할 수 있습니다36,37,38,39. 따라서 민감한 발광 온도계에 의한 세포내 온도의 실시간 모니터링과 동시에 효율적인 열 발생기 역할을 결합하여 제어 가능한 PTT를 달성하는 것은 중요한 과제입니다.