一种金纳米球复合稀土Eu3+功能纳米材料的制备及光热监测应用

光热治疗基于光热药剂在激光照射下产生热量,进而高温杀死肿瘤细胞,因而实时监测光热过程中微观温度变化对于优化治疗效果具有十分重要的作用。稀土Eu~(3+)配合物的发光具有线谱、长荧光寿命以及对温度高度敏感的特点,利用Eu~(3+)配合物的温敏特性可检测光热过程中的温度变化,整合温度监测功能和光热特性的纳米体系在光热治疗领域具有很好的应用前景。本文制备了一种内部封装温度敏感探针Eu~(3+)配合物且表面复合金纳米球的功能纳米颗粒,将该功能纳米颗粒分散液置于不同的温度环境中,发现其荧光性能对温度具有高的响应灵敏度,即Eu~(3+)的特征发射峰(615 nm)强度随温度升高降低52.7%,表明该稀土荧光温度纳米传感器具有高的温度敏感性。在激光辐照下,功能纳米颗粒可以产生良好的光热现象,基于自身的温敏特性可实时对光热特性进行温度监控。     

光辐照精确调控金纳米星枝杈长度及其光热性能探究

金纳米星是一种具有尖状结构的多分枝纳米颗粒.为了使金纳米星枝杈长度可控,利用HEPES作为体系的还原剂、稳定剂及形状诱导剂,在制备过程中进行光辐照,得到的金纳米星枝杈长度比无光辐照时的金纳米星枝杈长度短,而且不同波长光辐照得到的金纳米星枝杈长度有显著不同.在此基础上,分析了金纳米星枝杈长度变化的物理过程,提出光诱导金纳米星生长过程中枝杈长度变化的理论模型.测量了不同枝杈长度的金纳米星在光辐照下一定时间内的温度变化,计算了金纳米星的光热转换效率.实验结果表明,光辐照制备金纳米星能够精确控制金纳米星枝杈长度范围,从而调控金纳米星的光热转换效率.     

近红外光热转换纳米晶研究进展

近红外光热转换纳米晶材料因其在近红外区(普遍位于780~1 400 nm)的高效光热转换性能,已广泛应用于光热杀死癌细胞、肿瘤治疗、海水淡化等领域。因其多样的液相制备方法和形貌控制、纳米结构复合、逐渐提高的光热转换效率以及表面易于药物修饰等优点,该材料在光热成像诊断、光热治疗等领域引起了学术界的广泛关注。本文综述了近红外光热转换纳米晶的研究进展,主要包括贵金属纳米晶、铜硫族半导体纳米晶、碳相关纳米晶以及这些纳米晶材料构成的复合结构,同时介绍了具有较高光热转换效率的表面等离子体共振(SPR)材料的研究进展,尤其是双模态SPR性质的耦合在光热转换领域的应用前景。基于其性能协同耦合的特性,双模态表面等离子体共振耦合的复合纳米晶将是近几年光热转换纳米晶发展的重要方向。     

纳米 Au 球壳材料的制备及其近红外光热转换性质

报道了一种采用湿化学法,以Ag纳米球为模板合成纳米Au球壳水溶胶的新方法,并对这种材料的光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,Au纳米颗粒呈球壳结构,粒径约为20nm,粒径分布比较均匀,无明显硬团聚体存在。随着氯金酸加入量的增加,Au球壳的吸收峰位置从可见区(-400nm)逐渐红移至近红外区(-800nm)。测量了不同浓度的Au球壳水溶胶经近红外激光照射后的温度变化。结果表明,经1．9W／mm^2的808nm近红外光照射10min,温度最高升高了5．5℃。由于800—1200nm是人体组织的透射窗口,肿瘤细胞在42℃左右即可被杀死,这种纳米Au球壳材料有望在利用光热转换的红外热疗中得到应用,并有可能利用光动力实现药物释放。     

氮硫共掺杂荧光碳点的光热效应研究

碳点具有合成简单、光学性能良好、生物相容性优异以及制备成本低廉等优点。本工作以柠檬酸为碳源,硫脲为氮源和硫源,用溶剂热法合成了氮硫共掺杂碳点。制备的碳点具有蓝色荧光,且展现出高的光热转换能力,其光热转换效率达40.86%,可同时作为光敏剂和光热剂使用。     

金纳米颗粒溶液的光热转换效率测量

激光照射金属材料表面会引起材料内部性质的变化,金属材料会对光产生吸收并可以将其转化为热能,导致材料表面温度的变化.金属材料的不同形貌、尺寸对光的能量转换效应是不同的,光热转换效率是材料吸收光能转换成热能的重要参数.在材料尺寸相同条件下光热转换效率大小与入射波长、激光器的功率密度、溶液浓度等因素有关.本文选取金纳米棒材料作为研究对象,通过改变入射波长、激光功率等条件研究金纳米棒光热转化效率,借此建立一种微观物质的能量转换的测量研究方法.     

银纳米链状材料的制备及近红外吸收性质

报道了利用水/油相界面反应,采用湿化学法合成银纳米链状材料的方法,并对这种材料的近红外吸收性质和光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,银纳米材料为链状结构,直径约为50nm,长度分布范围较宽,从几十纳米至几百纳米。这种材料具有强的近红外吸收特性,随着还原剂加入量的增加,吸收带逐渐展宽(800～1300nm),而且平坦。这种材料具有优异光热转换性质,一经808nm激光照射,温度迅速提高。该材料优异的近红外吸收和光热转换性质,使其在红外断层成像和近红外热疗等领域具有广阔的应用前景。     

金纳米旋转椭球的光吸收和散射特性优化

针对金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像中的应用,利用T矩阵方法和介电函数尺寸修正模型,从理论上定量研究金纳米旋转椭球的共振光吸收与散射特性,对金纳米旋转椭球的尺寸参数进行优化,获得最优的短半轴与长半轴。对于光热治疗中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1064nm处具有最大的吸收特性;对于生物成像中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1310nm处具有最大的散射特性。与金纳米球壳的优化结果对比发现,金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像的应用中比金纳米球壳具有明显的优势。     

细胞外溶液的近红外光热响应取决于其吸收特性

光热效应是激光与生物组织相互作用中的一个主要因素, 但其产生、传输和作用机理尚不十分清晰. 本文采用双波长近红外激光辐照和膜片钳技术相结合的方法, 选择980 nm和845 nm两个波长的近红外激光, 因其在水中的吸收系数分别为0.502 cm^-1和0.0378 cm^-1, 接近十倍差异. 若溶液是产生光热响应的主要介导物质, 则期望这两个波长的激光辐照所产生的溶液温升也将呈现相应的十倍比例关系. 研究中把溶液光热响应过程分为温升的建立和耗散两个阶段. 在温升建立阶段,理论模型的建立采用长时程 (激光作用时程长于介质的热弛豫时间)作用理论的研究结果, 实验是使用膜片钳系统来测量细胞外溶液中, 已进行温度标定的、充灌溶液的玻璃微电极电导变化, 根据这个电导变化来定量研究溶液光热响应与其吸收特性的关联性; 在耗散阶段, 使用膜片钳系统监测神经细胞的电生理功能变化. 理论和实验两方面的结果都表明, 溶液对低强度近红外激光的吸收特性决定了其光热响应. 这一结果, 可以直接用于生物组织光热响应特性相关的机理研究. 关键词： 光热响应 双波长的方法 近红外激光和生物组织相互作用 空电极方法     

金纳米星诊疗剂的光热特性及其在光热治疗和光学相干层析成像中的应用研究

为了开发一种优异的用于光热治疗和光学相干层析成像的金纳米星诊疗剂,对金纳米星的制备、光热特性以及光热治疗和光学相干层析成像中的应用进行研究.利用尖端结构增强金纳米材料的局域表面等离子体共振特性,通过种子介导法制备了多枝化的金纳米星,多尖端的结构使其具有明显的光热效果,并探究了其作为光热治疗的诊疗剂和光学相干层析成像造影...     

光热折变体光栅变波长读出特性及稳定性研究

光热折变体光栅是在光敏玻璃材料中利用光热折变效应记录的折射率型体全息光栅,具有波长和角度选择性好、衍射效率高、热稳定性好和抗损伤阈值高等特点,在激光器技术领域中具有独特的优势。在自行制备的光敏玻璃材料中,用325nm波长的紫外光曝光记录透射型体全息光栅,基于变波长读出的原理设计实验,对热显影后的光热折变体光栅在532nm波长的激光照射下的衍射读出特性以及其在恒定光功率密度的激光照射下的稳定性进行了实验研究。研究结果表明,热显影后的光热折变体光栅在激光辐照下具有光致饱和效应。根据实验结果定量计算出了光热折变体光栅的选择角和描述光致饱和效应的特征时间常数。     

纳米尺度下光热治疗等离激元耦合影响分析

作为一种高效、 局域化且高度可控的纳米热源, 金纳米棒越来越多的应用于肿瘤的光热治疗之中。 为探讨微观尺度下金纳米棒的产热与传热机理, 以及颗粒之间耦合作用对体系光热效应的影响。 本文运用基于有限元的 COMSOL 软件, 建立了金纳米棒光热耦合的三维模型, 分析了排布方式和颗粒间距等因素对纳米棒光学性质和光热响应的影响。 研究表明, 不同排布方式下近距离耦合颗粒之间的耦合强度随间距的增大呈指数衰减, 在一定间距范围内这种衰减行为可以被等离子体尺度方程描述; 单体共振波长照射下, 颗粒间的聚集影响光热治疗的效果, 在颗粒耦合作用范围内, 分散性越高, 体系加热效果越好。 本文研究模型及所得结论可为金纳米棒的产热与传热机理及肿瘤的光热治疗提供参考与指导。     

ZBLAN∶Yb~(3 ),Tm~(3 )双频共激发的上转换发光

首先测量了ZBLAN∶Yb3 ,Tm3 分别在980nm和808nm激光激发下的400~600nm波段内的上转换发光光谱,在此基础上研究了980,808nm激光共激发下ZBLAN∶Yb3 ,Tm3 的上转换发光特性。在测量过程中,分别改变输入激光功率,测量了上转换发光强度与泵浦激光输入功率的关系,由此绘制双对数曲线图,对上转换发光机制进行了分析。研究证明980nm激发为三光子过程、808nm激发为双光子过程,而980,808nm激光共同激发为共协过程。     

芯帽纳米颗粒的光热性质

贵金属纳米结构中的光热效应在肿瘤光热治疗、光热成像、纳米药物等领域具有重要的应用价值.各向异性的芯帽纳米结构以其丰富的可调结构参数和对激发光偏振态敏感的特性,可灵活地在近红外波段获得理想的光学吸收性质,从而可以实现温度的高效调节.本文基于有限元方法研究了颗粒物纳米结构参数对其光热效果的作用规律,数值结果表明:通过对结构参数的微量改变(包括金壳厚度、芯壳比、芯径、金属表面覆盖率等)可实现温度的显著调整;在偏振态的旋转范围(30?—70?)内可快速地产生大温变光热的准线性调整.其不弱于纳米芯壳和纳米棒结构的光热性能可为纳米光热生医研究提供一种新的选择.     

黄铁矿的横向光伏效应研究

研究了天然黄铁矿(FeS₂)的横向光伏效应,探究了激光辐照FeS₂时,激光感生电压随电极方式、电极间距、激光波长和功率密度的变化规律,并分析了相应的物理机制．实验结果表明：FeS₂在可见和近红外激光的辐照下,双电极的信号响应均大于叉指电极,且激光感生电压的稳定值大小随着电极间距的增大而增大．用532nm和808nm的激光辐照FeS₂样品时,所产生的激光感生电压峰值与激光器功率密度具有相似的线性关系,表明光热效应是FeS₂激光感生电压响应的主要原因．     

ZBLAN：Yb3+, Tm3+双频共激发的上转换发光

首先测量了ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺分别在980nm和808nm激光激发下的400~600nm波段内的上转换发光光谱,在此基础上研究了980,808nm激光共激发下ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺的上转换发光特性。在测量过程中,分别改变输入激光功率,测量了上转换发光强度与泵浦激光输入功率的关系,由此绘制双对数曲线图,对上转换发光机制进行了分析。研究证明980nm激发为三光子过程、808nm激发为双光子过程,而980,808nm激光共同激发为共协过程。     

基于六硼化镧与壳聚糖的光热转换生物材料

为实现光合细菌(PSB)产氢过程的光分频利用,用六硼化镧(LaB_6)和壳聚糖制备了光热转换发光发热生物材料,研究了不同LaB_6纳米颗粒的生物材料在可见光下的吸光特性和光热转换特性。研究发现:该生物材料能较好地透过510~650 nm波长的光为PSB产氢供给光能,而其他波段的光用于激发LaB_6粒子产热为PSB提供热能。LaB_6纳米颗粒的吸光度及光热转换能力受颗粒尺寸影响显著,当生物材料中LaB_6颗粒平均水力直径为295 nm时,12 min内的温升速率为0.41℃/min,是载玻片的5.4倍。     

半导体激光无线传能中光伏电池转换效率

为选择合适的激光参量与光伏电池参量,以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率,通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元,也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池,研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中,在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中,Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W,能量转换效率从50.9%下降至21.2%;GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W,能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加,光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和,但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降,所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。     

一种可直接使用的磁性光热纳米流体

本文通过"两步法"制备了一种具有高光热转换效率的Fe304-H20磁性纳米流体。该纳米流体可以通过磁分离技术实现纳米颗粒与基液的分离,使得纳米流体基液得以直接使用,同时具有优异的可重复利用性能。实验结果表明,在1200 s内其光热转化效率高达70.2%,并且经过60次的循环使用后无明显的衰减。此研究结果为实现纳米流体基液的直接应用提供了可行性的方案。     

808nm半导体激光芯片电光转换效率的温度特性机理研究

提高808 nm大功率半导体激光器电光转换效率具有重要的学术意义和商业价值,是实现器件小型化、轻量化、高可靠性的必要前提.本文以腔长1.5 mm的传导冷却封装808 nm半导体激光阵列为研究对象,在热沉温度-40—25?C范围内对其进行光电特性测试,对不同温度下电光转换效率的影响因子进行了实验研究和理论分析.结果表明:在-40?C环境温度下,最高电光转换效率从室温25?C时的56.7%提高至66.8%,内量子效率高达96.3%,载流子泄漏损耗的占比贡献由16.6%下降至3.1%.该研究对实现808 nm高效率半导体激光芯片的自主研发具有重要意义.