- 2025-01-21 09:32:06葡萄糖傳感
- 葡萄糖傳感是一種用于檢測葡萄糖濃度的技術，廣泛應用于醫療、食品及生物科技等領域。它通常通過特定的傳感器，利用化學反應或電化學原理，將葡萄糖濃度轉化為可測量的電信號。這種技術具有響應迅速、準確性高、操作簡便等優點，能夠幫助醫護人員及時監測糖尿病患者的血糖水平，確保患者得到及時的治療。同時，在食品工業中，葡萄糖傳感也用于監測和控制食品中的糖分含量。
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葡萄糖傳感問答
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- 2022-12-27 15:23:37熱點應用丨耦合熱冷臺附件實現上轉換發光材料溫度傳感的研究
- 前言許多發光材料的發光特性隨溫度、壓力或化學物質的存在而變化。這種特性在發光傳感器的開發中得到了長期的應用。除了化學傳感外，發光測溫法也是最常用的傳感方法之一。與其他方法不同，它不需要宏觀的探針與探測區域進行物理接觸。這是發光測溫法無可比擬的優勢。例如，可以功能化的發光納米顆粒進入生物靶，熒光顯微鏡可以準確探測不同區域的溫度。這種納米測溫法在醫學領域有很大的潛力，如：對溫度高于平均值的癌細胞進行成像[1]。發光測溫可以根據強度、線寬、光致發光壽命或光譜位移的變化來進行。由于鑭系離子的穩定性和窄光譜特性，很容易識別到這些變化，因此在溫度傳感的應用中經常使用鑭系離子[2]。此外，鑭系摻雜材料呈現上轉換發光性質: 可被近紅外(NIR)光激發，在光譜可見光區發射。近紅外光譜激發減少了生物組織的自吸收和散射，因此遠程激勵變得更加容易。由于這一性質，越來越多的溫度生物成像研究使用無機納米摻雜鑭離子制備上轉換納米顆粒 (UCNPs)[3]。圖1. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4上轉換發光機理的結構示意圖，其中紅色和綠色的線代表發射躍遷。灰色的線代表非輻射躍遷。圖1是上轉換熒光粉NaY0.77Yb0.20Er0.03F4發光機理的示意圖。至少需要兩個980nm的光子去激發樣品來產生可見區的發射。除了直接激發Er3+離子外，還存在從激發態Yb3+與Er3+激發態的能量轉移，該材料在可見光光譜的藍色、綠色和紅色區域發光。取決于躍遷過程中Er3+能級的高低。上轉換的測溫法通常集中使用525nm和540nm兩個波長的發射峰，分別對應2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2能級躍遷。2H11/2和2H11/2兩個能級在能量上緊密間隔，他們實際處于熱平衡狀態。因此，它們的粒子數比例可以用玻爾茲曼分布來表示:式中，Ni是能級i上的粒子數，Δe是兩個能級間的能量差，k是玻爾茲曼常數，C是簡并常數。基于此，525nm與540nm處熒光強度的比值RHS可用來推出2H11/2與4S3/2的比值，從而能夠計算出樣品的溫度。愛丁堡(Edinburgh Instruments）熒光光譜儀FLS1000通過光纖耦合變溫臺能夠完成該測試項目。此變溫臺不僅能夠保證在FLS1000和顯微鏡下研究的為同一樣品，并且沒有任何中間樣品轉移步驟。本文通過FLS1000熒光光譜儀耦合變溫臺對上轉換樣品NaY0.77Yb0.20Er0.03F4進行不同溫度下上轉換發光的測試。測試方法與樣品測試樣品為NaY0.77Yb0.20Er0.03F4上轉換發光粉末，購置于Sigma Aldrich。將樣品放置于Linkam HFS350EV-PB4冷熱臺里的石英樣品池中。通過光纖將冷熱臺與FLS1000樣品倉相連接。使用穩態光源Xe2 980nm進行激發，激光能量要低，以防止樣品變熱。使用980nm的激光器往往會造成樣品受激光照射而變熱[4]。FLS1000配置：雙單色器，標準檢測器PMT-900。時間分辨的壽命測試使用脈沖氙燈(μF2)作為激發光源，采用MCS模式測試發光壽命。測試結果與討論使用FLS1000的Fluoracle中溫度mapping的測試功能，分別測試從-100℃到80℃每間隔20℃溫度范圍內，樣品上轉換發射的紅光及綠光隨溫度的變化情況。結果如圖2（上轉化綠光）和3（上轉換紅光）所示。圖2 中上轉換綠光發射峰是由于Er3+的2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2兩個能級躍遷產生的。4S3/2 → 4I15/2和4F9/2 → 4I15/2對應發射峰的強度隨著溫度升高而降低。但是2H11/2 → 4I15/2對應的譜待變化的稍有不同：在273K以下，隨著溫度的增加其發光強度降低。但當溫度繼續升高時，增長緩慢。圖2. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的發射圖譜（綠光部分）。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試條件：λex=980 nm, Δλex=10 nm, Δλem=10 nm, 步進step=0.10nm, 積分時間=1s/step。內插圖為對應2H11/2→ 4I15/2躍遷的發射范圍的放大圖。圖3. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的發射圖譜（紅光部分）。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試條件：λex=980nm, Δλex=10nm, Δλem=10nm, 步進step=0.10nm, 積分時間=1s/step。圖4. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的壽命三維譜圖。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試2H11/2→ 4I15/2對應的發射。測試條件：λex=980nm, Δλex=15nm, λem=541nm ，Δλem=10nm, 燈源頻率=100Hz, 采集時間：每條衰退曲線采集5分鐘。紅色和藍色曲線分別代表-100℃和40℃下的測試結果。隨著溫度的增加，非輻射弛豫過程降低了整體的上轉換發光過程。有關溫度的猝滅的動力學可以通過圖4所示的溫度相關的三維壽命譜圖來進行研究，當溫度增加時，該樣品的發光壽命從640μs降低至530μs，有明顯下降。回到圖2和圖3，從4S3/2 ，2H11/2 到4F9/2的弛豫過程相對增加了紅色光的發射強度。這可以從圖5（a）的溫度Rrg函數看出。2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值，RHS是優異的溫度指數參數(前言已介紹過)，圖5（b）是RHS隨溫度的變化圖，圖5（c）是相同數據的對數值。有趣的是，RHS并沒有遵循玻爾茲曼曲線：在高溫下，額外的弛豫過程發生并引發4S3/2 → 4I15/2躍遷的“緩慢增加”。這與之前的報告一致[5,6]，證明了上轉換的復雜動力學過程: 4H11/2到 4S3/2的非輻射過程在高溫下變得更為重要，所以粒子數與RHS不相等。應該指出不同溫度下的RHS 很大程度上取決于樣品顆粒的大小[4,6]。為了說明上轉換測溫的概念，將曲線的低溫區域擬合到圖5 (c)所示的直線玻爾茲曼圖中，可以得到熒光測溫系統S的相對靈敏度。這是評價發光溫度計系統的一個有用參數，計算方法如下:圖5的斜率為-ΔE/k, 在20℃的靈敏度為1.0%K-1。這一結果與類似的上轉換測溫系統是一致的。圖5. 上轉換發射帶強度的比值隨溫度變化的函數圖：（a）紅光和綠光的比值（b）2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值 (c) 圖(b)的對數數據圖。與玻爾茲曼圖第 一部分的線性擬合如(c)所示。結論NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關上轉換發光強度及壽命均可使用愛丁堡熒光光譜儀FLS1000 耦合Linkam冷熱臺進行測試。2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值可作為發光測溫系統中的溫度探針，其靈敏度為1.0%K-1。通過光纖耦合的Linkam冷熱臺附件能夠使用戶在發光測試和顯微鏡下靈活輕松切換，中途不需要樣品轉移步驟。參考文獻[1] C. D. S. Brites, et al., Nanoscale 4, 4799-4829 (2012)[2] M. D. Dramianin, Methods Appl. Fluoresc. 4, 042001 (2016)[3] M. González-Béjar and J. Pérez-Prieto, Methods Appl. Fluoresc. 3, 042002 (2015)[4] S. Zhou, et al., Optics Communications 291, 138-142 (2013)[5] X. Bai, et al., J. Phys. Chem. C 111, 13611-13617 (2007)[6] W. Yu, et al., Dalton Trans. 43, 6139-6147 (2014)
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