一种基于稀土发光寿命温度探针的测温方法与流程

本发明涉及发光纳米探针及应用领域，尤其涉及一种基于稀土发光寿命温度探针的测温方法。

背景技术：

自然界中的生命活动总是伴随着温度的变化，而生物在进化过程中，不同生物对温度的耐受程度也有较大的差异。比如嗜冷菌能够存活在零下15℃，而嗜热菌则能够存活在110℃如此高的温度之下。对于哺乳类恒温动物来说，新陈代谢、神经信号传递总是伴随着温度的变化，而细胞则是一个体现温度调控的微小单元，众多细胞的作用汇集之后则体现出宏观的生命体温度。最终能对外抵御一定范围内的温度变化，对内维持一定范围内的正常的体温。我们可以通过准确测定细胞的温度变化，来研究生物体温度调控乃至生命作用的机制；可以通过准确测定生物体的微小区域的温度，来研究生命体局部的生理变化乃至指导与温度相关的手术的进行。因此，准确测定生命体微小区域的温度，对于我们进一步了解生命体具有至关重要的作用。

纳米材料用于荧光成像的技术为快速测定生物体的温度提供了新的发展方向。纳米级别的探针能够用于细胞层次的温度探测，并且荧光成像技术包括利用荧光强度和荧光寿命作为检测信号，其中基于荧光强度变化的纳米测温探针种类非常丰富。稀土离子的发光特性与温度密切相关，并且其具有发光波长不易受外界干扰，近红外波段受生物组织吸收散射小且发光波段丰富的优势，因此发展了许多稀土材料的温度探针。为了降低外界对荧光信号的干扰，提高荧光强度作为温度检测信号的检测准确度，人们进一步发展了双波长比度型温度探针来消除材料浓度的影响等等。但是由于不同波段的荧光信号受组织吸收和散射程度的不同，因此在不同的复杂环境下，比度型温度探针的不同波段的荧光信号的受衰减程度也是不同的，从而影响了荧光信号强度的准确读出。

目前基于发光寿命作为温度检测信号的发光探针的研发非常少，有研发人员使用纳米金簇作为测温探针，金簇的荧光寿命受除温度外的外界环境影响较大，无法准确的反应所处环境的温度，并且其寿命在纳秒级别，无论是对激发光还是检测器的要求都比较高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够实现复杂环境准确检测温度的发光寿命变化的内淬型稀土温度探针及测温方法。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何快速测定生物体的温度而不受环境变化(除温度外)的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于发光寿命发生变化来实现温度检测的内淬型稀土温度纳米探针及测温方法。该纳米探针由内核和壳层两层组成，内核为掺杂有两种能互相传递能量的稀土离子的发光中心，壳层为保护内核发光的惰性壳层。发光波长在近红外区域且能够实现复杂环境(包括油相和水相)的准确的温度检测。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种基于稀土发光寿命温度探针的测温方法，包括如下步骤：

s1、提供稀土发光寿命温度探针，中心为掺杂了稀土三价离子yb³⁺和b³⁺的纳米内核，外围为惰性壳层；

s2、建立发光寿命温度探针与温度的函数关系，函数式为ln(l)＝b+at；

其中l代表荧光寿命，t代表温度，a和b为常数；

s3、测试发光寿命温度探针在待测试对象中的寿命，将测得的寿命带入所述函数式，计算待测试对象的温度；

其中，所述寿命温度探针yb³⁺和b³⁺稀土离子之间存在yb³⁺至b³⁺或同时存在b³⁺至yb³⁺的声子辅助能量传递过程。

具体的是，在yb³⁺和b³⁺之间存在一个能量传递过程，并且该能量过程有声子参与，如yb³⁺传能到b³⁺的过程存在一个或多个声子的参与，因此温度越高，能量传递速度越快。反之亦然。表现为一种内淬型的温敏特征，与除温度以外的其他环境无关。

进一步的，所述b³⁺可选自nd³⁺、ho³⁺、tm³⁺或er³⁺。

进一步的，所述纳米内核可选自稀土氟化物、稀土氟化物的复盐、稀土氧化物、稀土氟氧化物、稀土硫氧化物、稀土氢氧化物、稀土碳酸盐、稀土草酸盐或稀土矾酸盐；

所述惰性壳层选自caf2、nayf4或naluf4。

优选的，纳米内核的粒径在不大于2μm的范围内，选自稀土氟化物ybxb-xf3、稀土氟化物的复盐nxybxb-xf3+ax、稀土氧化物ybxb-xox、稀土氟氧化物ybxb-xoxfy、稀土硫氧化物ybxb-xoxsy、稀土氢氧化物ybxb-x(oh)x、稀土碳酸盐ybxb-x(co3)x、稀土草酸盐ybxb-x(c2o4)x或稀土矾酸盐ybxb-xvo4；b可选自稀土元素nd、ho、tm和er，n选自碱性金属li、na、k、ca、ba中的一种或多种；x、y为符合化学组成的整数或非整数。

纳米内核的发光波长处于近红外区域(700-1700nm)，具体的发光波长与掺杂的稀土离子种类有关。当掺杂的稀土离子b³⁺为nd³⁺时，发光波长为800-865nm，当b³⁺为tm³⁺时，发光波长为800nm和1600nm，当b³⁺为yb³⁺则对应970-1050nm，当b³⁺为ho³⁺时对应1100-1300nm以及er³⁺对应的是1550nm。并且掺杂不同的稀土离子都具有温敏效果，其发光波段的发光寿命与温度呈线性相关。

在一种可实施的方式中，所述yb³⁺和b³⁺的掺杂摩尔比为0.001:1～1:0.001，优选0.001:1～1:1，优选1:20～1:1，更优选地1:9～1:3。

在一种可实施的方式中，惰性壳层的厚度为0.001～10nm，优选0.001～5nm，优选0.01～5nm，更优选0.1～2nm。

在一种可实施的方式中，所述纳米内核还包括：稀土惰性离子，所述稀土惰性离子用于调节yb³⁺和b³⁺的浓度，稀土惰性离子优选为y³⁺或lu³⁺。

在一种可实施的方式中，所述发光寿命温度探针中心掺杂了nd(tfa)3、yb(tfa)3和na(tfa)，外围为惰性壳层caf2，结构通式为naybf4:nd@caf2。

值得说明的是，当nd掺杂量为x1mol，yb掺杂量为x2mol时，x1+x2＝1mol。即参杂摩尔比就是x1:x2，在写材料名称的结构通式就表示成naybf4:x1％nd或者nandf4:x2％yb，当纳米内核包裹惰性外壳caf2，材料名称的结构通式表示成naybf4:x1％nd@caf2或者nandf4:x2％yb@caf2。

在一种优选材料中，结构通式为naybf4:x1％nd@caf2，体现出一种规律，nd掺杂量越高，材料发光越弱，yb的发光寿命随温度发生变化的速度更快，该现象与声子辅助的能量传递机理相关。yb传能到nd的过程有声子参与，而nd传递到yb的过程当中无声子参与，与温度无关。因此nd掺杂量增高，yb传递给nd的几率增加，从而声子参与的过程占总的能量传递过程的比例增加，从而提高了温敏效率，在95％nd掺杂的材料中，测温灵敏度高达2％/k，是目前所报道的基于钕离子纳米测温探针中灵敏度最高的材料。同时，如图1所示，外层包裹的惰性壳层可以隔绝温敏中心和外界环境，因此外界的溶剂分子或其他物质不会干扰温敏中心进行温度响应。另外，纳米粒子表面修饰聚合物后，能够将纳米粒子从油溶性改性到水溶性，从而实现在生物体内的温度检测。

在一种可实施的方式中，测温灵敏度为0.01％～2％/k，优选0.8％～2％/k。

灵敏度根据可根据材料内核的组成、壳层的厚度等进行调控。

在一种可实施的方式中，步骤s1中发光寿命温度探针的制备方法如下：

s11、纳米内核naybf4:nd的制备

取nd(tfa)3、yb(tfa)3和三氟乙酸钠盐加入到含有油酸、油胺和十八烯的反应容器中，110～300°反应40～60分钟，后处理得到naybf4:nd固体，并分散于溶剂中储存；

其中，yb(tfa)3和nd(tfa)3的摩尔比为0.001:1～1:0.001，优选0.001:1～1:1，优选1:20～1:1，更优选地1:9～1:3。

s12、发光寿命温度探针的制备

naybf4:nd、三氟乙酸钙盐加入到含有油酸和油胺的反应容器中，110～300°反应40～60分钟，后处理得到naybf4:nd@caf2固体，并分散于溶剂中储存；

其中所述纳米内核naybf4:nd和三氟乙酸钙的摩尔比为1:0.1～1:100，1:1～1:10，更优选1:2～1:6。

在一种可实施的方式中，s2步骤中建立发光寿命温度探针与温度的函数关系ln(l)＝b+at的方法如下：

s21、寿命温度探针分散在水溶液中，浓度为0.001～10mmol/ml，并加入到石英比色皿中；寿命温度探针的浓度优选为0.001～1mmol/ml，更优选0.02～1mmol/ml；

s22、控制比色皿中溶液温度，分别在0.1～100℃，取n个温度间隔0.1～10℃的温度点，保持2～20分钟；

其中n为3～100；

s23、在每个温度点下，激发寿命温度探针并采集荧光衰减曲线，通过公式i＝i0e^-t/τ+c，拟合得到n个温度点下的寿命温度探针的发光寿命，拟合得到ln(l)＝b+at

其中，i代表t时刻的荧光强度，i0代表初始荧光强度，t为每个荧光强度信息所对应的时间，τ代表发光寿命，c为常数；

l代表荧光寿命，t代表温度，a和b为常数。

光谱仪采集荧光衰减曲线，然后通过公式i＝i0e^-t/τ+c拟合得到发光寿命。在每个温度下都采集一次荧光衰减曲线，就可以获得每个温度状态时的发光寿命。0.1～100℃，根据分散探针溶剂的的溶剂的凝固点和沸点，或者测试需要的进行温度范围选择。不同的溶剂条件下，可以设定的温度范围存在一定差异。尤其是当寿命探针以固体的形式存在时，温度可以高至该材料的熔融点。保持2～20分钟，优选5～20分钟，目的是达到充分传热，温度稳定。

本发明提供的稀土发光寿命温度探针的测温方法，可以用来测试固体装置的温度、溶液的温度或生物体内的温度。

技术效果

本发明所提供的近红外稀土发光寿命温度探针，具有发光寿命变化作为检测信号的特点，能够进一步的避免环境、检测条件等带来的检测误差，实现更准确度更高的温度检测。

本发明提供的近红外内淬型稀土发光寿命温度探针，外部包裹惰性壳层，保护发光中心不受外界影响，使发光寿命只与温度相关。并且在该外部材料表面能够比较容易改善水溶性，使探针能够在复杂水相环境内获得准确的温度检测结果。

本发明所提供的稀土发光寿命温度探针能够通过表面亲水聚合物的修饰，来改善水溶性，从而实现基于发光寿命的复杂水相环境里的温度检测。由于本发明温度探针外层由惰性壳层保护，因此在不同的环境下发光寿命能保持不变，提供准确的温度检测结果。进一步的，由于发光波长在近红外区域，因此材料的荧光在组织内的穿透深度较高，能够实现准确的活体温度检测结果。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明稀土发光寿命温度探针的结构机理示意图；

图2是实施例3中的naybf4:75％nd发光探针的透射电子显微成像照片；

图3是实施例3中的naybf4:75％nd@caf2(1:6)发光探针的透射电子显微成像照片；

图4是实施例5中的不同摩尔掺杂比的naybf4:75％nd@caf2(1:6)发光探针荧光强度图；

图5是实施例6中不同摩尔掺杂比的naybf4:75％nd@caf2(1:6)的发光寿命随温度的变化率；

图6是实施例7中的naybf4:75％nd@caf2(1:2)发光探针的透射电子显微成像照片；

图7是实施例8中的naybf4:75％nd@caf2(1:4)发光探针的透射电子显微成像照片；

图8是实施例9中不同摩尔核壳比的naybf4:75％nd@caf2的发光寿命随温度的变化率；

图9是对比例中罗丹明染料在不同的溶剂中荧光衰减谱图；

图10是实施例10中的naybf4:75％nd@caf2(1:6)发光探针的发光寿命与温度的关系图；

图11是实施例12中的naybf4:75％nd@caf2-paapeg(1:6)在水、胎牛血清和兔全血环境中的发光寿命与温度的关系；

图12是本实施例13中的naybf4:nd@caf2-paapeg(1:6)材料聚集在小鼠肝部的荧光成像图，虚线框指示肝部所处位置；

图13是本实施例13中的小鼠在麻醉期间及苏醒过程中的肝部温度和表皮温度散点图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

本发明所提供的内淬型稀土发光寿命温度探针，表面修饰的方法和配体选择如下：当保留温度探针表面的油酸配体时，选择两亲性聚合物，如磷脂聚乙二醇氨基、磷脂聚乙二醇甲氧基，通过疏水相互作用和共价结合使聚合物缠绕在温度探针表面，从而使材料分散在水溶液中。也可以在此基础上进一步的通过共价连接修饰聚丙烯酸，使材料表面由带正电转化为带负电。当通过酸洗法或配体交换法去除探针表面的油酸配体时，可以通过长聚合物链的缠绕作用，使探针表面带正电或负电。此时聚合物的选择没有限制，并且聚合物链越长，材料在水相溶液中存在更加稳定，分散性更好。

在一种优选材料中，结构为naybf475％nd@caf2，核壳比为1:6。通过配体交换法交换掉温度探针的表面油酸配体后分散在n,n-二甲基甲酰胺，然后加入聚丙烯酸聚合物一起搅拌缠绕在去除配体的温度探针表面，再通过共价方法进一步修饰甲氧基聚乙二醇氨基聚合物。通过这种配体修饰的方法得到的水溶性温度探针能够稳定的分散在水相溶液当中，并且在水、胎牛血清以及盖肉片前后保持寿命的一致。

亲水性的温度探针能够通过静脉注射到小动物体内，进入小老鼠的肝部后，可以通过相机采集到肝部的荧光信号，测定小老鼠在不同的麻醉深度时候的肝脏温度。

实施例1寿命温度探针naybf4:95％nd@caf2(1:6)的合成

1-1)纳米内核naybf4:95％nd的合成

取1mmol的镧系稀土三氟乙酸盐(包含0.95mmolnd(tfa)3和0.05mmolyb(tfa)3)和1mmol三氟乙酸钠盐加入到含有10mmol油酸，10mmol油胺和20mmol十八烯的三颈烧瓶中。用油泵将体系抽至接近真空状态，边剧烈搅拌边升温至110℃，约20分钟固体粉末完全溶解。然后将氮气充分扩散到整个体系，再用油泵将体系抽至接近真空状态，重复该操作三次，充分将体系内的空气除掉后，用氮气保护反应体系。接着将温度迅速升至300℃，反应溶液经历浑浊到澄清的状态，30分钟后关闭加热器，让体系温度逐渐恢复至室温，然后将反应体系转移到离心管中，加入20ml的无水乙醇，充分混合后用离心机14000rpm的转速离心10分钟进行分离。收集沉淀的固体，即为纳米内核naybf4:95％nd，再用乙醇洗涤三遍后，分散在10ml环己烷溶液当中。

1-2)寿命温度探针naybf4:95％nd@caf2(1:6)的合成

取2.5ml，0.1mmol/ml步骤1-1)中合成的naybf4:95％nd环己烷溶液和1.5mmol三氟乙酸钙盐加入到含有20mmol油酸和20mmol油胺的三颈烧瓶中。用氮气充满反应体系后，升温至110℃。边搅拌边将环乙烷溶液完全挥发后，用油泵将体系抽至接近真空状态，约10分钟后固体粉末完全溶解。将氮气充分扩散到整个体系，再用油泵将体系抽至接近真空状态，重复该操作三次，充分将体系内的空气除掉后，用氮气保护反应体系。然后将温度迅速升至300℃，保持反应45分钟后，将加热器关闭，使反应溶液自然恢复至室温。然后将反应体系转移到离心管中，加入20ml的无水乙醇，充分混合后用离心机14000rpm的转速离心10分钟进行分离。收集沉淀的固体即为寿命温度探针naybf4:95％nd@caf2(1:6)，再用乙醇洗涤三遍后，分散在10ml环己烷溶液当中。

实施例2寿命温度探针naybf4:90％nd@caf2(1:6)的合成

本实施例的方法与实施例1基本相同，不同之处为步骤1-1)中1mmol的镧系稀土三氟乙酸盐，包含0.90mmolnd(tfa)3和0.10mmolyb(tfa)3；最终得到naybf4:90％nd@caf2(1:6)，并分散在10ml环己烷溶液当中。

实施例3寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2(1:6)的合成

本实施例的方法与实施例1基本相同，不同之处为步骤1-1)中1mmol的镧系稀土三氟乙酸盐，包含0.75mmolnd(tfa)3和0.25mmolyb(tfa)3；最终得到naybf4:75％nd@caf2(1:6)，并分散在10ml环己烷溶液当中。

另外，图2是本实施例中的纳米内核naybf4:75％nd的透射电子显微成像照片，材料尺寸为5nm，材料分散性好，粒径均一。

图3是本实施例中的寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2(1:6)的透射电子显微成像照片，材料尺寸为11.3nm，材料分散性好，粒径均一。

实施例4寿命温度探针naybf4:50％nd@caf2(1:6)的合成

本实施例的方法与实施例1基本相同，不同之处为步骤1-1)中1mmol的镧系稀土三氟乙酸盐，包含0.75mmolnd(tfa)3和0.25mmolyb(tfa)3；最终得到naybf4:50％nd@caf2(1:6)，并分散在10ml环己烷溶液当中。

实施例5不同摩尔掺杂比的寿命温度探针naybf4:nd@caf2(1:6)的光强比较

分别取1ml，0.025mmol(取2.5ml，0.1mmol/ml镧系稀土三氟乙酸盐分散在10ml环己烷溶液)实施例1中的naybf4:95％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例2中的naybf4:90％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例3中的naybf4:75％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例4中的naybf4:50％nd@caf2(1:6)环己烷溶液，到四个石英比色皿中，分别用785nm波长的激光激发，用光纤光谱仪收集800-1100nm的荧光。使用的仪器为自搭的时间门光谱，斩波器频率1000hz，相位138°，积分时间2s。

如图4所示，其中nd掺杂量越高，材料发光越弱。即使yb的掺杂量低于5％，检测器仍旧能够检测到较强的荧光信号。

实施例6不同摩尔掺杂比的寿命温度探针(naybf4:nd@caf2)的发光寿命随温度的变化率比较

本发明制备的稀土温度探针尺寸均一，以发光寿命的变化为温度检测信号，具有内淬温敏、近红外波段发光、纳米尺寸级别、精准可定量、稳定分散性好等特点。

分别取1ml，0.025mmol/ml实施例1中的naybf4:95％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例2中的naybf4:90％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例3中的naybf4:75％nd@caf2(1:6)环己烷溶液、实施例4中的naybf4:50％nd@caf2(1:6)环己烷溶液，到四个石英比色皿中，用opo激光器设定在785nm出光激发材料，然后用瞬态时间分辨光谱仪采集1000nm波长的荧光衰减曲线。比色皿放置在光谱仪中的样品架上，样品架连接水浴温度控制器，设置水浴控制器的温度，改变比色皿中溶液的温度，分别为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，每个温度稳定20分钟，实际读出温度以样品架所连的温度探头显示为准。用单指数函数拟合不同温度条件下的荧光衰减曲线，得到不同温度条件下对应的1000nm波长材料的发光寿命，最后计算不同掺杂比的材料的寿命随温度的变化率。

如图5所示，其中nd掺杂量越高，材料寿命随温度的变化率越高。具体地，95％nd掺杂的纳米材料的测温灵敏度高达2％/℃。

具体解释如下，将光谱仪采集得到的该寿命探针在不同温度下的荧光衰减曲线通过公式i＝i0e^-t/τ拟合，即可获得相应温度状态下的发光寿命。简单来讲，由于该过程符合单指数衰减，因此荧光强度为i0/e时对应的时间即可认为是该材料的发光寿命。不同温度条件下，该材料对应不同的发光寿命，从而可获得发光寿命-温度工作曲线。该工作曲线可以通过ln(l)＝b+at拟合(a,b分别为斜率和截距，l为发光寿命函数，t表示温度)。而变化率便是在该工作曲线的基础上计算获得的。简单来说，斜率a即为变化率。具体的，当测试的最低温度为t1时，发光寿命为τ1，当测试的最高温度为t2时，发光寿命为τ2，则发光寿命随温度的变化率为(t2-t1)/(τ1-τ2)。从结果可以看到，变化率随着nd的掺杂增多而逐渐增加。相应的相对灵敏度的计算方法为sr＝|δτ/δt|·1/τ，其中sr代表灵敏度，|δτ/δt|为寿命随温度的变化速率。显然我们使用origin软件能够轻易计算获得该灵敏度。

naybf4:75％nd@caf2(1:6)环己烷溶液在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，发光寿命为570.5μs，537.3μs，515.8μs，484.5μs，448.9μs，416.2μs。

naybf4:95％nd@caf2(1:6)环己烷溶液在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，发光寿命为111.9μs，100.6μs，91.5μs，82.1μs，76.2μs，69.5μs。

naybf4:90％nd@caf2(1:6)环己烷溶液在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，发光寿命为194.9μs，181.9μs，168.2μs，157.2μs，144.9μs，135.2μs。

naybf4:50％nd@caf2(1:6)环己烷溶液在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，发光寿命为1161μs，1134μs，1094μs，1070μs，1035μs，993.9μs。

结合实施例5和实施例6可以得知，nd掺杂量越高，相对应的荧光强度降低，测温灵敏度增加。为了在保持相当的测温灵敏度的同时，能够使检测器采集到足够多的光子用于荧光衰减曲线的拟合，我们综合考虑了荧光强度和灵敏度两个因素。获得了较优掺杂比寿命探针naybf4:75％nd。另外，我们还能够通过掺杂非发光稀土离子，如钇(y)、镥(lu)离子的掺杂进一步地调节掺杂比，从而获得更优地掺杂比例。显然，是优先考虑发光强度还是测温灵敏度，还是两者权衡妥协，在不同的测温需求下都是不同的，需要从实际需求出发。

实施例7寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2(1:2)的合成

制备方式与实施例1中的步骤1-2)基本相同，不同之处在于，纳米内核naybf4:75％nd与三氟乙酸钙盐的摩尔比为1:2；最终得到naybf4:75％nd@caf2(1:2)，并分散在10ml环己烷溶液当中。

图6是本实施例中的naybf4:75％nd@caf2(1:2)发光探针的透射电子显微成像照片，材料尺寸为8nm，材料分散性好，粒径均一。

实施例8寿命温度探针naybf4:nd75％@caf2(1:4)的合成

制备方式与实施例1中的步骤1-2)基本相同，不同之处在于，纳米内核naybf4:75％nd与三氟乙酸钙盐的摩尔比为1:4；最终得到naybf4:75％nd@caf2(1:4)，并分散在10ml环己烷溶液当中。

图7是本实施例中的naybf4:75％nd@caf2(1:4)发光探针的透射电子显微成像照片，材料尺寸为10nm，材料分散性好，粒径均一。

实施例9不同核壳比的寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2的发光寿命随温度变化率的比较(1:2,1:4)

分别取1ml，0.025mmol实施例7中的naybf4:75％nd@caf2(1:2)环己烷溶液、实施例8中的naybf4:75％nd@caf2(1:4)环己烷溶液、实施例3中的naybf4:75％nd@caf2(1:6)环己烷溶液到四个石英比色皿中，分别用785nm波长的激光激发，然后用瞬态时间分辨光谱仪采集1000nm波长的荧光衰减曲线。比色皿放置在光谱仪中的样品架上，样品架连接水浴温度控制器，设置水浴控制器的温度，改变比色皿中溶液的温度5-50℃，每5℃一个间隔每个温度稳定20分钟，实际读出温度以样品架所连的温度探头显示为准。

采用实施例6所述的拟合方法，用单指数函数拟合不同温度条件下的荧光衰减曲线，得到不同温度条件下对应的1000nm波长材料的发光寿命，最后计算不同掺杂比的材料的寿命随温度的变化率。

如图8所示，其中壳层厚度越大，材料寿命随温度的变化率越大。相应地，寿命变化越大，材料测温灵敏度越高。核壳比依次为1:2，1:4，壳层越厚，温敏准确度越高。

对比例

目前已经报道的能够基于寿命变化进行温度检测的染料主要为量子点和小分子染料，但这两种探针都容易受到外界环境如溶剂的影响。在这边以罗丹明染料为例，将罗丹明染料分别分散在去离子水、pbs缓冲液和兔全血中，用荧光光谱仪测试荧光衰减光谱。激发波长为510nm，测试575nm波段处的荧光衰减情况。可以从图9中明显看到，罗丹明染料在不同的溶剂中，荧光衰减速度明显发生变化。

实施例10寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2(1:6)的发光寿命与温度的关系

取1ml，0.025mmolnaybf4:nd@caf2(1:6)环己烷溶液到石英比色皿中，用opo激光器设定在785nm出光激发材料，然后用瞬态时间分辨光谱仪采集1000nm波长的荧光衰减曲线。比色皿放置在光谱仪中的样品架上，样品架连接水浴温度控制器，设置水浴控制器的温度，改变比色皿中溶液的温度，每个温度稳定20分钟，实际读出温度以样品架所连的温度探头显示为准。用单指数函数拟合不同温度条件下的荧光衰减曲线，得到不同温度条件下对应的1000nm波长材料的发光寿命。拟合方法同实施例6。

如图10所示，随着温度升高，发光探针的寿命逐渐降低。

实施例11naybf4:nd@caf2-paapeg(1:6)的制备

通过配体交换法交换掉温度探针naybf4:nd@caf2的表面油酸配体后分散在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后加入聚丙烯酸(paa)到溶液中，均匀混合12小时后，离心去除上层溶液。再将固体分散在dmf中，然后加入1:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)固体，充分反映2小时后，离心去除上层溶液。再将固体分散在dmf中，然后加入甲氧基聚乙二醇氨基聚合物(peg)一起搅拌，通过离心去除上层清液后，获得的固体沉淀物即为表面缠绕paa和peg的去除配体的温度探针。

实施例12寿命温度探针naybf4:75％nd@caf2(1:6)在不同水相环境中的发光寿命与温度的关系

分别取1mlnaybf4:95％nd@caf2-paapeg(1:6)分散在水溶液、20％胎牛血清溶液和20％胎牛血清溶液+2mm猪肉片覆盖条件(石英比色皿中)，浓度为0.025mmol。用opo激光器设定在785nm出光激发材料，然后用瞬态时间分辨光谱仪采集1000nm波长的荧光衰减曲线。比色皿放置在光谱仪中的样品架上，样品架连接水浴温度控制器，设置水浴控制器的温度，改变比色皿中溶液的温度，每个温度稳定20分钟，实际读出温度以样品架所连的温度探头显示为准。用单指数函数拟合不同温度条件下的荧光衰减曲线，得到不同温度条件下对应的1000nm波长材料的发光寿命。

图11是本实施例中naybf4:nd@caf2-paapeg(1:6)分别在水、胎牛血清和兔全血环境中的发光寿命与温度的关系，关系式为：ln(l)＝6.493-0.01385tl为纳米材料的发光寿命，单位为μs；t为相对应的温度，单位为℃。该温度探针的发光寿命在不同的环境、不同温度时均中保持一致，随温度变化的趋势也保持一致。

该类温度探针的发光过程符合一级反应动力学，激发和发射波长都处于近红外区，荧光寿命处于微秒级，并且发光寿命与温度变化呈线性关系。

实施例13寿命温度探针naybf4:nd@caf2(1:6)的基于肝部温度用于检测小鼠麻醉时的核心温度变化

尾静脉注射300μl，0.025mmol/mlnaybf4:nd@caf2-paapeg(1:6)到6周龄雄性裸鼠体内。裸鼠用气麻机麻醉后，此处气麻机所用的气体是异氟烷和氧气的混合气体，放置到成像设备下准备成像跟踪，期间用异氟烷气体维持麻醉，恒温垫防止小鼠体温过低。用iccd相机进行小鼠的肝部寿命成像的同时，用红外热成像仪跟踪小鼠肝部表皮的温度。麻醉1小时后，逐渐降低麻醉气体的含量直至关闭麻醉气体，跟踪小鼠肝部发光寿命成像以及热成像，如图12-13所示。

其中肝部温度由温度探针的发光寿命计算得到，关系式为：ln(l)＝6.493-0.01385tl为纳米材料的发光寿命，单位为μs；t为相对应的温度，单位为℃。

实施例12已经证明了naybf4:nd@caf2-paapeg(1:6)温度探针在不同复杂程度的环境当中的寿命-温度函数关系是不发生变化的，因此我们可以使用在体外建立的工作曲线的函数关系式ln(l)＝6.493-0.01385t。将计算得到的发光寿命代入到这个函数关系式中，即可得到通过发光寿命作为检测信号获得的小鼠肝脏内的温度。

表皮温度由红外热成像仪测量得到。肝部核心温度的变化趋势与表皮温度保持一致，肝部温度高于表皮温度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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