Luminescerende nanothermometrie is een niet-invasieve methode voor het detecteren van temperatuur in vivo, wat belangrijk is in biologie- en nanogeneeskundeonderzoeken.

Traditionele ratiometrische thermometriemethoden gebruiken over het algemeen de intensiteitsverhouding van twee niet-overlappende emissies met verschillende thermische reacties als thermometrische parameter. Echter, dergelijke methoden lijden aan een zeer lage nauwkeurigheid bij het meten van de temperatuur van diep weefsel.

In een studie gepubliceerd in geavanceerde wetenschap, een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Chen Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen stelde een nieuwe decoderingsstrategie met dubbele excitatie voor voor zeer nauwkeurige thermische detectie.

Deze strategie is gebaseerd op hybride nanocomposieten bestaande uit zelf-geassembleerde NIR-kwantumdots (QD's) en Nd ³⁺ gedoteerde fluoride nanokristallen (NC's), waarbij de intensiteitsverhouding van twee emissies bij identieke golflengte wordt gedefinieerd als de thermometrische parameter om schadelijke interferentie van golflengte- en temperatuurafhankelijke fotonenverzwakking in weefsel te voorkomen.

De onderzoekers hebben de hybride nanocomposieten die zijn samengesteld uit NIR QD's en NC's uitgebreid ontworpen om de intensiteitsverhouding te verkrijgen van twee overlappende emissies bij 1057 nm die worden toegeschreven aan QD's en NC's, respectievelijk, als de thermometrische parameter onder 808 nm excitatie.

Profiteren van de ongelijksoortige absorptie-eigenschappen tussen QD's en NC's, de overlappende emissiesignalen kunnen handig worden gedecodeerd om hun intensiteitsverhouding te verkrijgen via de dual-excitation decoderingsstrategie die een andere 830 nm-laserstraal gebruikt die hetzelfde optische pad volgt als 808 nm-laser om uitsluitend QD's te exciteren.

Verder, de onderzoekers bevestigden in de proof-of-concept ex vivo experimenten dat, bij een detectiediepte van ~ 1,1 mm in weefsel, een dergelijke dual-excitation decoderingsstrategie was in staat om zeer nauwkeurige temperatuurmetingen te bereiken met een kleine fout van ~ 2,3 ° C, dicht bij de thermische resolutie van thermometers (~ 1,8 °C).

Daarentegen, onder dezelfde experimentele omstandigheden, een grote fout van ~ 43,0 °C deed zich voor voor de traditionele ratiometrische thermometriemodus op basis van de niet-overlappende emissies bij 1025 en 863 nm van QD's en NC's, respectievelijk.

De voorgestelde thermische detectiestrategie kan de schadelijke interferentie van golflengteafhankelijke fotonverzwakking in weefsel minimaliseren.