基于余辉和光释光的人体深部温度测量

余辉（AG）是发生在光致激发之后的长时间光致发光（PL），同时也是由亚稳态位点捕获和热释放的空穴与电子之间的重新组合所引起。余辉通常可在紧急指示牌和手表表盘上看到。俘获电子也可以通过近红外（NIR）光照射来释放，即为光释光（OSL）。由于光学和光谱技术被认为是一种非侵入性且非接触的方法，余辉和光释光未来可用于生物和医学评估。

据麦姆斯咨询报道，近日，日本东北大学（Tohoku University）工程学研究生院应用物理系的研究团队在Nature旗下子刊Scientific Reports上发表了以“Repetitive afterglow in zirconia by pulsed near-infrared irradiation toward biological temperature sensing”为主题的研究。通讯作者为日本东北大学Yoshihiro Takahashi和Takumi Fujiwara。

在323K温度下电子去俘获2.5小时前后ZrO2样品的热释光（TL）光谱

该研究团队提出了一种新型温度传感概念——用于基于余辉和光释光的人体深部温度测量，然后利用化学性质稳定且无害的氧化物ZrO2作为传感探针，论证了通过余辉衰减曲线测定温度的基本原理。此外，利用波长在近红外区域的外部激光刺激（~650-1000nm）可实现位点选择和任意定时测量，近红外区域对生物组织（如生物窗口）具有相对较高的透射率；研究中还利用连续波近红外激光照射骨样本来观察光释光。另外，持续照射被认为是导致温度升高的外部能量来源，会对生物组织造成热损伤。在该研究中，探讨了脉冲近红外照射下环境温度对ZrO2样品光致发光特性的影响，以证明余辉磷光体的生物温度传感功能。通过重复脉冲光照射，在波长480nm处观察到了光释光和余辉，并且可以在超过100次的脉冲光照射周期内持续观察。此外，该研究还根据余辉过程中观察到的衰减曲线，对温度进行了评估。

在室温下利用重复脉冲近红外光照射ZrO2样品，光致发光强度随时间的变化

光致发光提供了周围环境的信息。这项研究探讨了基于生物温度的脉冲近红外光照射下余辉ZrO2的光致发光特性，旨在开发一种无创的生物体深部体温传感的方法。脉冲光照射产生了光刺激发光，随后产生余辉，具有重复超过100次以上的特性。通过余辉衰减曲线的测量，阐明了温度测量的基本原理。由于使用无害的ZrO2作为传感探针以及对活体组织具有较好透射率的近红外光，有望实现对大脑的温度测量，并且可能促进光遗传学治疗的发展。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41598-022-12585-8

审核编辑 ：李倩