Zeer nauwkeurige ruimtelijk en tijdelijk opgeloste temperatuurmeting is van cruciaal belang en heeft brede toepassingen op diverse gebieden, zoals industriële productie, milieubescherming en bewaking van de gezondheidszorg. Optisch gebaseerde sensoren bieden aantrekkelijke oplossingen voor temperatuurbewaking in de biomedische diagnostiek, vanwege hun voordelen van detectie op afstand, minimale inbraak, immuniteit voor elektromagnetische interferentie en hoge resolutie. Deze optische detectiemodaliteiten kunnen gebaseerd zijn op lichtintensiteit, golflengte, piekbreedte en/of vervallevensduur. Het upconversiemechanisme vermindert de biologische autofluorescentie, vergemakkelijkt de weefselpenetratie en levert gemakkelijk gevisualiseerde en gemakkelijk vast te leggen zichtbare lichtsignalen op, wat een meer geschikte methode biedt voor detectie in biologische systemen

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light Science &Application , heeft een team van wetenschappers, onder leiding van Dr. He Ding van de School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Prof. Xing Sheng van het Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, en collega's een opto-elektronische NIR-to-visible ontwikkeld upconversie-apparaat op basis van ontworpen heterostructuren van halfgeleiders, met een lineaire respons, snelle dynamiek en een laag excitatievermogen. De temperatuurafhankelijke fotoluminescentie-eigenschappen van het opto-elektronische opconversieapparaat worden systematisch onderzocht en het vermogen ervan voor thermische detectie wordt gedemonstreerd.

De voorgestelde temperatuurdetectiestrategie is gebaseerd op een volledig geïntegreerd opto-elektronisch opconversieapparaat dat bestaat uit een op galliumarsenide (GaAs) gebaseerde dubbele junctie-fotodiode met een lage bandgap en een op indium galliumfosfide (InGaP) gebaseerde light-emitting diode (LED) met een grote bandgap. in serie geschakeld. Zoals eerder aangetoond, zijn de lithografisch gedefinieerde en epitaxiaal vrijgegeven microschaalapparaten (afmetingen ~300×300 μm ² ) realiseer efficiënte NIR-naar-zichtbare opconversie met een lineaire respons en ultrasnelle dynamiek.

Onder nabij-infraroodlichtexcitatie in het golflengtebereik van 770-830 nm, gaat de rode emissie van het opto-elektronische opconversieapparaat gepaard met een verminderde intensiteit en een roodverschuiving van de emissiepiek van 625 nm naar 637 nm bij toenemende temperatuur. Gebaseerd op synergetische factoren die worden toegeschreven aan de materiaaleigenschappen en het structuurontwerp, een intensiteit-temperatuurgevoeligheid van ~1,5% °C ^-1 en een spectrumtemperatuurgevoeligheid van ~0,18 nm °C ^-1 zijn bereikt.

Met zo'n robuuste opto-elektronische opconversie optische thermometer, stellen de wetenschappers verschillende toepassingen voor:

"Door een apparaatarray met een groot oppervlak van de opto-elektronische opconversie-apparaten, kunnen we ruimtelijk opgeloste thermische detectie uitvoeren. We gebruiken bijvoorbeeld luchtpistolen om hete luchtstroom te genereren die op het monster blaast, de opwaartse conversie-emissie verstoort en uiteindelijk dooft. Volgens de relatie tussen emissie-intensiteit en temperatuur, kunnen we de ruimtelijke verdeling en realtime temperatuurveranderingen verkrijgen", zei He Ding van het Beijing Institute of Technology.

"Het upconversie-apparaat kan worden losgemaakt van het gegroeide substraat en verder worden geïntegreerd met glasvezel om lichtgeleide thermische sensoren te vormen. Complementair met vastgebonden elektrische sensoren, is een dergelijke optisch gebaseerde techniek meer geschikt voor gebruik in omgevingen met sterke elektromagnetische interferenties, en in het bijzonder geschikt voor het verkrijgen van signalen tijdens magnetische resonantiebeeldvorming (MRI).Een dergelijk vezelgekoppeld, draagbaar systeem kan gemakkelijk worden toegepast voor biomedische toepassingen, bijvoorbeeld het bewaken van het uitademingsgedrag gesloten voor de mond van menselijk en diep weefsel met de implantatie in het muizenbrein, als proof-of-concept-demonstratie", zegt Xing Sheng van de Tsinghua University.

"De MRI-compatibele, implanteerbare sensoren in combinatie met glasvezel bieden zowel onderzoek als klinische betekenis, met een potentieel voor gelokaliseerde temperatuurbewaking in het diepe lichaam. Deze materialen en apparaatconcepten vormen een elektrisch gereedschapsset met enorme toepassingen in het milieu en de gezondheidszorg, ’ concludeerde Xing Sheng. + Verder verkennen

Nauwkeurige antitumorstrategie bereikt via foto-schakelbare met lanthanide gedoteerde nanodeeltjes