本發(fā)明涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的溫度傳感及多通道成像方法，尤其涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料、其制備方法及在溫度傳感和多通道成像的用途。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換(upconversion)材料是一類在長波長(低光子能量)的光激發(fā)下能夠發(fā)射出短波長(高光子能量)的光的材料，與傳統(tǒng)的短波長激發(fā)長波長的材料有完全相反的效果，同時這種反常的現(xiàn)象被稱為反-斯托克斯發(fā)光。而此種材料多用近紅外光激發(fā)出可見光，近紅外光源具有較高的穿透深度，同時不容易引起生物的熒光背景影響，因此在生物成像方面具有重要的應用前景。
上轉(zhuǎn)換材料在傳統(tǒng)的研究中有如下兩種應用：
溫度傳感器：通過近紅外光源激發(fā)上轉(zhuǎn)換材料，使其發(fā)出可見光。由于外界溫度的變化極大地影響材料內(nèi)部載流子在各個能級上的分布，因此通過光譜儀檢測不同波段發(fā)光的強度變化，可以判斷材料所處的外界溫度(acsnano,2010,4,3254-3258)。這種傳感器也叫基于光譜強度的溫度傳感器。
生物體內(nèi)成像(圖像傳感器)：通過注射的方式將上轉(zhuǎn)換材料導入生物體內(nèi)，再用近紅外光源激發(fā)上轉(zhuǎn)換材料，在暗場狀態(tài)下通過設(shè)備檢測發(fā)光點的所在位置，從而形成生物體內(nèi)成像(advancedmaterials,2012,24,1987-1993)。
但是上述應用均存在一定的缺點和局限性：
第一、在生物成像的應用中，由于上轉(zhuǎn)換材料主要是稀土摻雜納米材料，由于稀土能級為原子能級，所以材料的發(fā)光波長是固定的，即只能被激發(fā)出一種顏色的光，也就只能反應出一種生物體內(nèi)信息，而生物體內(nèi)需要檢測的信息往往不止一種，我們需要多色光去表征不同的部位(即多種顏色的成像)，所以傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料應用具有局限性。
第二、在溫度傳感器(尤其是生物體內(nèi))方面，傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料(如nayf4:er3+,yb3+)直接用作溫度傳感器的靈敏度較低(最小單位約為2℃)，而在現(xiàn)實情況下大多數(shù)生物體內(nèi)遠比這個要復雜，較小的溫度變化往往引起生物組織的較大變化(如人體正常溫度范圍約為1℃)，因此我們僅通過傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換材料溫度傳感器不足以即時檢測出細小溫度的變化，從而進行體內(nèi)環(huán)境的有效判斷。故傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換溫度傳感器實用性較差。
另外，上轉(zhuǎn)換材料在生物內(nèi)部形貌成像的應用雖然已經(jīng)比較多，但單純的形貌成像本身只能讓我們對于生物體內(nèi)某種物質(zhì)的所在位置有一個基本了解，而它所在位置的其它信息(例如溫度)則不得而知，導致我們在生物體的局部檢測過程中所獲得信息過少，無法綜合且有效的判斷生物體內(nèi)不可見(指肉眼觀測層面)區(qū)域的整體情況，如檢測體內(nèi)hela細胞擴散區(qū)域及存活溫度?；诖?，能否在形貌成像的同時，實時檢測出該形貌狀態(tài)下生物體內(nèi)的溫度等有效信息，是我們當前需要進一步挖掘的重點。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于上轉(zhuǎn)換材料的溫度傳感及多通道成像方法，尤其涉及一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料、其制備方法及在溫度傳感及多通道成像的用途。本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換材料基復合材料利用溫度對于熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的影響作用，通過改變溫度實現(xiàn)了更高精度上的生物體內(nèi)溫度傳感，相對于原有的溫度傳感器，其靈敏度進一步增強，為精確檢測生物體內(nèi)的局部環(huán)境溫度變化提供便利。應用本發(fā)明的復合材料，結(jié)合上轉(zhuǎn)換材料在傳統(tǒng)使用過程中的生物形貌成像與新引入的溫度傳感技術(shù)，既可以實現(xiàn)圖像傳感，又可以實現(xiàn)溫度傳感，也即實現(xiàn)了同一次激發(fā)過程中的多通道成像。
為達上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料，所述復合材料包括上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料，而且，所述上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移(
本發(fā)明中，所述“上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移fret現(xiàn)象”，對形成fret現(xiàn)象的材料的多少不作限定，可以是上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域和熒光材料的全部成分區(qū)域之間形成fret現(xiàn)象，也可以是上轉(zhuǎn)換材料的部分成分區(qū)域和熒光材料的全部成分區(qū)域之間形成fret現(xiàn)象，還可以是上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域和熒光材料的部分成分區(qū)域之間形成fret現(xiàn)象，還可以是上轉(zhuǎn)換材料的部分成分區(qū)域和熒光材料的部分成分區(qū)域之間形成fret現(xiàn)象。
更優(yōu)選的，上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域和熒光材料的全部成分區(qū)域之間形成fret現(xiàn)象。
熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是一種在特定情況下將一種物質(zhì)(供體)的能量通過非輻射的方式轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)(受體)上的現(xiàn)象。要產(chǎn)生這種現(xiàn)象，需要滿足較低的間距(<10nm)、供體發(fā)射光譜與受體吸收光譜的高度重疊(>30％)、供體與實體偶極子相對方位在特定角度這三個條件。由于其能量傳遞的方式相較于傳統(tǒng)的輻射式傳遞而言具有更高的效率，所以它在生命科學、材料科學等領(lǐng)域有許多重要的應用。
要產(chǎn)生fret現(xiàn)象，通過對供體材料和受體材料種類的選擇，可以控制供體材料和受體材料滿足“供體發(fā)射光譜與受體吸收光譜的高度重疊(>30％)”和“供體與實體偶極子相對方位在特定角度”這兩個條件。比如：上轉(zhuǎn)換材料鐿鉺雙摻的nayf4與羅丹明6g能構(gòu)成fret現(xiàn)象，其中一個原因是二者的光譜重疊度較高(上轉(zhuǎn)換材料鐿鉺雙摻的nayf4的發(fā)射光譜與羅丹明6g的吸收光譜)，同時fret的效率與光譜重疊度有直接關(guān)聯(lián)(正相關(guān))。
優(yōu)選地，所述上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間的距離小于10nm，例如為9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm或2nm等。本發(fā)明中，所述“上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間的距離小于10nm”并不必須要求上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域與熒光材料的全部成分區(qū)域的距離都小于10nm，而只要求存在上轉(zhuǎn)化材料的一部分成分區(qū)域和熒光材料的一部分成分區(qū)域滿足距離小于10nm即可，當然，存在的距離小于10nm的范圍越大，發(fā)揮fret的作用越明顯，優(yōu)選情況下，上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域與熒光材料的全部成分區(qū)域的距離都小于10nm。
優(yōu)選地，所述上轉(zhuǎn)換材料為所述上轉(zhuǎn)換材料為nayf4。
優(yōu)選地，所述上轉(zhuǎn)換材料為作為摻雜的nayf4，優(yōu)選為鐿鉺雙摻的nayf4和/或鐿銩雙摻的nayf4，優(yōu)選為鐿鉺雙摻的nayf4。
優(yōu)選地，所述鐿鉺雙摻的nayf4中，鐿離子的質(zhì)量百分含量為20％，鉺離子的質(zhì)量百分含量為2％。
本發(fā)明中的熒光材料可以是有機熒光材料，也可以是無機熒光材料，對具體的物質(zhì)種類沒有限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進行選擇以制備復合材料，但都需要保證一點：熒光材料的至少一部分成分區(qū)域與上轉(zhuǎn)換材料的至少一部分成分區(qū)域的間距小于10nm，且形成fret現(xiàn)象。
本發(fā)明中，“熒光材料的至少一部分成分區(qū)域”指：可以是熒光材料的一部分成分區(qū)域，也可以是熒光材料的全部成分區(qū)域；“上轉(zhuǎn)換材料的至少一部分成分區(qū)域”指：可以是上轉(zhuǎn)換材料的一部分成分區(qū)域，也可以是上轉(zhuǎn)換材料的全部成分區(qū)域。
優(yōu)選地，所述有機熒光材料包括但不限于羅丹明。
羅丹明是一種有機熒光染料，多用于激光、生物染色方面，而其中的羅丹明6g是比較關(guān)鍵的一種，羅丹明6g發(fā)光所處的波段以及強度上來說較為明顯。另外，它的吸收光譜與上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)射光譜重疊度較高，容易構(gòu)成fret現(xiàn)象。最后，羅丹明作為常見染料，容易實現(xiàn)不同濃度配比。其他材料不容易滿足以上優(yōu)勢。因而，本發(fā)明中優(yōu)選使用羅丹明6g。
優(yōu)選地，所述無機熒光材料包括但不限于量子點。
量子點(quantumdot)是一種準零維的納米材料，平均粒徑大多在10nm以下，因其內(nèi)部電子在各方向上的運動都受到限制，呈現(xiàn)出顯著的量子限域效應。本發(fā)明中優(yōu)選使用cdse量子點。
本發(fā)明重點關(guān)注的是cdse量子點在同一激發(fā)光源下，尺寸即便相差幾個納米的量子點，表現(xiàn)出來的顏色也有明顯區(qū)別。
第二方面，本發(fā)明提供如第一方面所述的復合材料的制備方法，所述方法為化學和/或物理方法，優(yōu)選自以下三種方法中的任意一種：
方法一為：將可溶性的熒光材料和上轉(zhuǎn)換材料在溶劑中實現(xiàn)混合，得到復合材料；
方法二為：將固態(tài)的熒光材料混于sio2中，然后用混合有熒光材料的sio2包覆上轉(zhuǎn)換材料，得到復合材料；
方法三為：用sio2包覆上轉(zhuǎn)換材料，形成球形顆粒，然后再通過化學鍵結(jié)合的方式使球形顆粒與量子點結(jié)合，得到復合材料。
本發(fā)明中，方法一、方法二和方法三中，涉及到的具體的“溶解”、“混合”、“將固態(tài)的熒光材料混于sio2中”、“包覆”及“化學鍵結(jié)合的方式”均為本領(lǐng)域的常規(guī)操作，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照現(xiàn)有技術(shù)進行制備，此處不再贅述。
本發(fā)明中，方法一中，具體的操作過程可以是：將可溶性的熒光材料溶解于溶劑中，得到熒光材料的溶液，然后與上轉(zhuǎn)換材料混合，得到復合材料；也可以是：將上轉(zhuǎn)換材料溶解到溶劑中，得到上轉(zhuǎn)換材料的溶液，然后與可溶性的熒光材料混合，得到復合材料。
優(yōu)選地，方法一中，所述可溶性的熒光材料為羅丹明6g，所述溶劑為二甲基亞砜(dmso)。
優(yōu)選地，所述方法一中，將上轉(zhuǎn)換材料混合到熒光材料的溶液中之后，把得到的溶液滴到涂有疏水材料的光滑表面，構(gòu)造出半球形的結(jié)構(gòu)，備用；
本發(fā)明中，采用方法一制備得到的復合材料中，即使在同一液滴中，對于每一單位的上轉(zhuǎn)換材料而言，只有它附近少量的熒光材料滿足距離小于10nm的要求，可以與熒光材料形成fret現(xiàn)象。
本發(fā)明中，采用方法二制備復合材料時，需要調(diào)控制備參數(shù)使最終得到的復合材料中，熒光材料的至少一部分成分區(qū)域與上轉(zhuǎn)換材料的至少一部分成分區(qū)域的間距小于10nm。調(diào)控的參數(shù)比如上轉(zhuǎn)換材料的尺寸、上轉(zhuǎn)換材料的形貌、二氧化硅的粒徑和量子點的粒徑等，本發(fā)明中，可通過油酸調(diào)控上轉(zhuǎn)換材料的尺寸和形貌，而關(guān)于調(diào)控二氧化硅的粒徑、量子點的粒徑以及控制距離小于10nm的方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)的方法進行，此處不再贅述。
第三方面，本發(fā)明提供如第一方面所述的復合材料的用途，所述復合材料用于溫度傳感。
本發(fā)明的復合材料中，上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料之間形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移fret現(xiàn)象，上轉(zhuǎn)換材料為供體材料，熒光材料為受體材料。隨著fret的進行，上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光強度減弱，熒光材料(如羅丹明6g)的發(fā)光強度增加，他們的比值有劇烈的變化，通過這個變化值，我們可通過檢測發(fā)光來分析某個時刻所對應的溫度，因而在溫度傳感器方面具有重要意義。
示例性地，檢測發(fā)光來分析某個時刻所對應的溫度的方法如下：
構(gòu)建一個具有激發(fā)光源、加熱器、光譜儀和顯微鏡等設(shè)備的測試平臺。通過加熱器逐步加熱樣品的溫度，上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料的發(fā)光強度均有所減弱(熒光材料減弱的比例明顯大得多)。兩者光譜的重疊度由此改變，導致fret的效率同步改變，兩者的發(fā)光強度比值有明顯變化，通過記錄一系列不同溫度時對應的比值，并將其擬合出一條曲線，該數(shù)據(jù)則可作為該材料的溫度傳感使用。
本發(fā)明研究了復合材料中不同含量的熒光材料對發(fā)明強度和溫度靈敏度的影響：結(jié)果表明，隨著復合材料中的熒光材料的含量增加(比如羅丹明的濃度逐漸增高)，羅丹明等熒光材料的發(fā)光強度逐漸增強，而且，它其實也發(fā)生了紅移(意即光譜往更高波長的方向移動)；在溫度上升的過程中，上轉(zhuǎn)換材料和羅丹明6g等熒光材料的發(fā)光強度都會有所減少(溫度較高時，每攝氏度減少幅度有所提高)，但是同一個溫度下，二者減少的幅度是不一樣的，實驗表明羅丹明6g等熒光材料的減少會更加迅速，因此在光譜重疊度上會有所改變，從而影響發(fā)光強度的比值發(fā)生劇烈變化，以此我們可通過檢測發(fā)光來分析某個時刻所對應的溫度，可以更準確的判斷溫度。
舉例說明，當復合材料中的熒光材料為量子點時，改變環(huán)境溫度，比如將復合材料放入水溶液中并加熱升溫，從室溫逐漸升高到50℃左右，在升溫過程中一直保持激光光源(980nm)的持續(xù)激發(fā)，并同時通過光譜儀檢測上轉(zhuǎn)換材料的綠色發(fā)光強度(主要發(fā)光顏色)與懸掛在上轉(zhuǎn)換材料上的量子點(比如cdse量子點)的紅色發(fā)光強度(主要發(fā)光顏色)，對比兩種發(fā)光的相對強度值，得到對應溫度下的參數(shù)值，可以得出溫度與材料發(fā)光位置及強度的對應關(guān)系。這一對應關(guān)系將是基于發(fā)光判斷溫度的標準。
舉例說明，當復合材料中的熒光材料為羅丹明時，對含有復合材料的溶液進行加熱升溫，從室溫逐漸升高到50℃左右，在升溫過程中一直保持激發(fā)光源(980nm)的持續(xù)激發(fā)，并同時通過光譜儀分別檢測溶劑中上轉(zhuǎn)換材料主要發(fā)光顏色的強度與羅丹明(例如羅丹明6g)主要發(fā)光顏色的強度，對比兩種發(fā)光的相對強度值，得到對應溫度下的參數(shù)值，實現(xiàn)了溫度的高靈敏度傳感功能。
本發(fā)明通過將上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料構(gòu)建得到緊密聯(lián)結(jié)的復合材料，利用熒光共振能力轉(zhuǎn)移現(xiàn)象對于溫度的敏感性，實現(xiàn)了該復合材料應用到生物體內(nèi)的高靈敏溫度傳感，在生物體內(nèi)溫度細小變化即可引起體內(nèi)環(huán)境劇變的背景下，具有實際意義。
優(yōu)選地，在用于溫度傳感時，使用一種復合材料，該復合材料中的熒光材料的不同粒徑的量子點。
優(yōu)選地，在用于溫度傳感時，使用至少兩種復合材料，所述至少兩種復合材料中的熒光材料均為量子點，且至少兩種復合材料中的量子點的粒徑不完全相同。
優(yōu)選地，在用于溫度傳感時，使用至少兩種復合材料，所述至少兩種復合材料中的熒光材料均為羅丹明6g，且至少兩種復合材料中的羅丹明6g的濃度值不同。
第四方面，本發(fā)明還提供如第一方面所述的復合材料的又一用途，所述復合材料用于多通道成像，比如同時實現(xiàn)溫度傳感和圖像傳感。
本發(fā)明中，使用的復合材料可以是液體，也可以是固體。關(guān)于成像的原理，上轉(zhuǎn)換材料本身就具有(近紅外波長(比如我們用的激發(fā)光源為980nm))穿透深度大，可引進生物體內(nèi)，同時不容易引起其他物質(zhì)的熒光背景的優(yōu)點，可僅觀察物質(zhì)本身發(fā)光，方便觀測；而如果用短一些的波長，不僅不容易穿透進生物內(nèi)部，其他物質(zhì)也可能被激發(fā)出熒光。
在用于多通道成像時，需要控制熒光材料的粒徑為不同的值，或者調(diào)整復合材料中的熒光材料的含量在不同的值。
作為一個優(yōu)選技術(shù)方案，在用于多通道成像時，使用一種復合材料，且所述復合材料中的熒光材料為不同粒徑的量子點。
作為又一優(yōu)選技術(shù)方案，在用于多通道成像時，使用至少兩種復合材料，所述至少兩種復合材料中的熒光材料均為量子點，且至少兩種復合材料中的量子點的粒徑不完全相同。
作為再一優(yōu)選技術(shù)方案，在用于多通道成像時，使用至少兩種復合材料，所述至少兩種復合材料中的熒光材料均為羅丹明6g，且至少兩種復合材料中的羅丹明6g的濃度值不同。
本發(fā)明中，量子點在同一激發(fā)光源下(比如980nm的激發(fā)光源)，尺寸即便相差幾個納米的量子點，表現(xiàn)出來的顏色也有明顯區(qū)別。因而可以通過調(diào)整復合材料中的量子點在不同尺寸，達到多色發(fā)光的目的，通過光譜儀檢測并分析不同顏色發(fā)光強度，可以獲取到不同的信息，從而可以實現(xiàn)生物體內(nèi)的多色成像，反映出生物體內(nèi)多方面的有效信息。
本發(fā)明中，也可以通過改變熒光材料的含量(比如羅丹明6g的濃度，或者上轉(zhuǎn)換材料和羅丹明6g的濃度比)，來實現(xiàn)不同程度的fret能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，結(jié)果表明，隨著熒光材料(比如羅丹明濃度)逐漸增加，fret的效果則會逐漸變強。若用同一個激發(fā)光源(比如980nm的激發(fā)光源)去激發(fā)含不同濃度熒光材料的復合材料整體，將產(chǎn)生多種顏色的發(fā)光，通過光譜儀檢測并分析不同顏色光的發(fā)光強度，可獲取不同的信息。
以羅丹明6g作為熒光材料為例說明，上轉(zhuǎn)換材料在綠色發(fā)光的波段強度是最強的，隨著fret的進行，此波段逐漸減弱，而羅丹明6g是黃綠色發(fā)光(565-585nm)的波段強度最強，隨著fret的進行，此波段逐漸增強。綠色發(fā)光的減弱與黃綠色發(fā)光的增強(并且增強的光逐漸像黃色方向移動)，復合出來的顏色則是一個動態(tài)變化的過程(因為兩物質(zhì)都另外有一個完全不改變但一直保持發(fā)光的波段，大約在650-670nm段，為紅光，復合顏色表現(xiàn)出來的是混入了此發(fā)光的)，動態(tài)變化的過程大概是黃綠色到桃黃色的過程。
本發(fā)明提出將上轉(zhuǎn)換材料與熒光材料相結(jié)合制備出復合材料，基于fret現(xiàn)象大幅度提高材料溫度傳感的靈敏度的特點，通過實驗數(shù)據(jù)擬合出“溫度—發(fā)光強度”的對應曲線，以此曲線為標準，通過觀察生物體內(nèi)的發(fā)光強度來判斷它所處的實時溫度，且靈敏度明顯增加，有助于精確觀測細小的溫度變化。同時，在觀察上述溫度參數(shù)值的同時，通過光譜儀分析上轉(zhuǎn)換材料在被激發(fā)光源(980nm)激發(fā)時本身的發(fā)光強度與發(fā)光所在位置，我們可通過分析得到生物體內(nèi)的形貌成像情況，再結(jié)合上述的溫度傳感成像，即實現(xiàn)了生物體在同一次激發(fā)過程中的多通道成像。也就是說，將上述兩種傳感器的功能集成到了同一個復合材料上，實現(xiàn)了多功能化的作用，可通過一次光源的激發(fā)去檢測兩種(溫度及圖像)及以上的生物體內(nèi)信息，明顯提高了檢測效率。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提供了一種基于上轉(zhuǎn)換材料的復合材料，包括上轉(zhuǎn)換材料和熒光材料，且上轉(zhuǎn)換材料作為供體材料，與熒光材料作為的受體材料之間形成fret現(xiàn)象。采用本發(fā)明的復合材料，利用溫度對于熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的影響作用，通過改變溫度實現(xiàn)了更高精度上的生物體內(nèi)溫度傳感，相對于原有的溫度傳感器，其靈敏度進一步增強，為精確檢測生物體內(nèi)的局部環(huán)境溫度變化提供便利。
(2)通過控制復合材料中的量子點的粒徑不同，或者調(diào)控羅丹明的濃度比，是上轉(zhuǎn)換材料的單色發(fā)光，變?yōu)榱藦秃喜牧系亩嗌烧{(diào)發(fā)光，從而實現(xiàn)生物體內(nèi)的多色成像，反映出生物體內(nèi)更多方面的有效信息，為進一步的實驗提供更多便利。
(3)應用本發(fā)明的復合材料，結(jié)合上轉(zhuǎn)換材料在傳統(tǒng)使用過程中的生物形貌成像與新引入的溫度傳感技術(shù)，既可以實現(xiàn)圖像傳感，又可以實現(xiàn)溫度傳感，也即實現(xiàn)了同一次激發(fā)過程中的多通道成像。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實施例1
我們通過水熱法合成上轉(zhuǎn)換材料：
(1)首先將0.4mmolycl3、0.4mmolybcl3和0.4mmolercl3溶液混合，添加到混有1-十八烯和油酸的燒瓶中，在氬氣的保護下將溶液加熱到160℃并持續(xù)30min，然后冷卻到室溫。
(2)然后將5ml的甲醇溶液(內(nèi)含1.6mmol的nh4f和1mmol的naoh)添加到燒瓶中持續(xù)攪拌30min。在將甲醇蒸發(fā)掉之后，在氬氣的保護下將溶液加熱到310℃并持續(xù)1h，然后冷卻到室溫。通過添加乙醇，使得上轉(zhuǎn)換材料納米粒子鐿鉺雙摻的nayf4沉淀，通過離心將其收集。
本實施例的鐿鉺雙摻的nayf4簡稱為nayf4:er3+,yb3+，其中，鐿離子的質(zhì)量百分含量為20％，鉺離子的質(zhì)量百分含量為2％。
通過x射線衍射儀(xrd,x-raydiffraction)檢測到合成的上轉(zhuǎn)換材料為六方晶相，為最佳狀態(tài)。
用水和乙醇將其洗滌數(shù)次后，通過二甲基亞砜(dmso,dimethylsulfoxide)將上述的上轉(zhuǎn)換材料溶解，得到上轉(zhuǎn)換材料的溶液，最后將羅丹明6g分散于上轉(zhuǎn)換材料的溶液之中，得到混合溶液(混合溶液中，上轉(zhuǎn)換材料的濃度為1mm(mmol/l)，而羅丹明6g的濃度為0.23mm)把得到的溶液滴到涂有疏水材料的光滑表面，構(gòu)造出半球形的結(jié)構(gòu)，羅丹明6g和與上轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成復合材料；
其中，對dmso的用量無特殊要求，只要能使上轉(zhuǎn)換材料和羅丹明6g完全溶解即可；
本實施例得到的復合材料中，上轉(zhuǎn)換材料的種類以及羅丹明6g的種類配合滿足fret的兩個條件，即①供體發(fā)射光譜與受體吸收光譜的高度重疊(>30％)；②供體與實體偶極子相對方位在特定角度。而且，通過本實施例的方法，可以使同一液滴中，有一部分熒光材料和上轉(zhuǎn)換材料的距離小于10nm，形成fret現(xiàn)象。
激發(fā)與檢測階段：
步驟一：
取少量復合材料加入試管中，然后加入少量超純水，注意上述步驟順序不可顛倒，否則可能導致材料無法分散均勻而不方便后續(xù)設(shè)備對其檢測。
將試管固定在光學平臺的支架上，并設(shè)置好相應設(shè)備的參數(shù)值，開啟980nm光源的激光器對其激發(fā)，與此同時，通過光譜儀開始檢測復合材料中的顏色及發(fā)光強度。
改變羅丹明6g的用量(參見實施例2-6)，得到不同發(fā)光顏色及對應強度。
步驟二：
取少量本實施例的復合材料于試管中，步驟與上述相同，在打開激發(fā)光源并保持發(fā)光強度監(jiān)測的同時，通過將試管置于水浴鍋中逐步加熱(約2℃/min)，在從22到50℃的變化過程中，觀察到上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光強度逐漸減弱，同時羅丹明6g的發(fā)光強度以更快的速度減弱(上轉(zhuǎn)換材料和羅丹明6g的發(fā)光強度都減弱，但是，羅丹明6g的發(fā)光強度減弱地更快，同時伴隨著光譜重疊度的改變，因此比值有一系列變化)，得到前者與后者的比值在不同溫度下的一系列數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)錄入origin軟件中，去除無效數(shù)據(jù)點并進行擬合，得到一條有效的擬合線。
得到有效擬合的線之后，將上述材料用于hela細胞中，逐步對其升溫，通過細胞形貌與材料發(fā)光顏色的變化，可用來判斷細胞形貌變化直至死亡時所處的時間節(jié)點。
步驟三：
觀察在激發(fā)過程中，本實施例的復合材料發(fā)光時的形貌特征，得出形貌的信息。
實施例2
除上轉(zhuǎn)換材料的濃度為1mm，而羅丹明6g的濃度為0.5mm外，其他制備和測試的方法及條件均與實施例1相同。
實施例3
除上轉(zhuǎn)換材料的濃度為1mm，而羅丹明6g的濃度為0.83mm外，其他制備和測試的方法及條件均與實施例1相同。
實施例4
除上轉(zhuǎn)換材料的濃度為1mm，而羅丹明6g的濃度為1.25mm外，其他制備和測試的方法及條件均與實施例1相同。
實施例5
除上轉(zhuǎn)換材料的濃度為1mm，而羅丹明6g的濃度為1.75mm外，其他制備和測試的方法及條件均與實施例1相同。
分別對實施例1-6的樣品進行檢測，結(jié)果顯示，隨著濃度的增加，顏色向一個方向發(fā)生漸變變化，具體的變化為從黃綠色到桃黃色。
但需要說明的是，對于實施例1-6的每一個樣品，體現(xiàn)的分別是單一種類的顏色。
關(guān)于發(fā)光顏色變化的具體解釋如下：上轉(zhuǎn)換材料和羅丹明6g這兩種物質(zhì)分別發(fā)光。兩種物質(zhì)在640-680nm波段都有明顯發(fā)光(紅色發(fā)光)，且這個波段的發(fā)光在激發(fā)下基本是穩(wěn)定的狀態(tài)，不會隨著羅丹明6g濃度的改變而改變。至于上轉(zhuǎn)換材料還有的發(fā)光波段是525-560nm(綠色發(fā)光為主，該波段隨著羅丹明6g濃度的增加，也就是fret現(xiàn)象越發(fā)的增加，發(fā)光強度逐漸減弱)。而羅丹明6g還有的發(fā)光波段是在575nm附近(黃綠色發(fā)光，該波段隨著羅丹明6g濃度的增加，發(fā)光強度逐漸增強，同時有略微紅移)。基于幾種顏色的強弱變化，所以復合之后體現(xiàn)出來的顏色也在保持變化。
實施例7
(1)采用與實施例1相同的方法制備鐿鉺雙摻的nayf4(簡稱為nayf4:er3+,yb3+)，作為上轉(zhuǎn)換材料。
(2)用油酸作為表面活性劑去調(diào)整上轉(zhuǎn)換材料的尺寸和形貌，達到小型圓球狀(放大倍數(shù)來仔細觀察的話，是六邊形)。
(3)將0.1ml的表面活性劑co-520和4ml濃度為0.01mol/l的nayf4:er3+,yb3+溶解在6ml的環(huán)己烷中，并攪拌約10min。然后繼續(xù)將0.4ml的co-520和0.08ml的氨水(30wt％)加入封閉的容器中，大約需要20min，直到形成透明乳液。接著在溶液中添加0.04ml的四乙基原硅酸鹽(teos)，將溶液以600r/min的速度旋轉(zhuǎn)兩天。通過添加丙酮沉淀，來得到所需的si/nayf4納米微球結(jié)構(gòu)。最后用乙醇與水1:1的混合溶液中洗滌兩次，并將其保存于水中。
將量子點的溶液加入上述乳液中，以600r/min的速度旋轉(zhuǎn)30min，繼續(xù)添加teos并旋轉(zhuǎn)兩天，過添加丙酮沉淀，來得到最終的納米微球結(jié)構(gòu)。最后用乙醇與水1:1的混合溶液中洗滌兩次，得到復合材料，并將其保存于水中。
對比例1
除不添加羅丹明6g外，其他制備方法和條件與實施例1相同。
單純使用上轉(zhuǎn)換材料，在提高溫度過程中，它在525-560nm波段的發(fā)光強度有所降低，但由于溫度變成了影響發(fā)光強度的唯一因素，所以靈敏度并不高，很難精確探測到1℃以內(nèi)的變化情況(生物的溫度成像方面，有這種精度的必要)；另外，上轉(zhuǎn)換材料本身不具備575nm附近的發(fā)光顏色(黃綠色)，僅有本身完全不變的紅色發(fā)光和隨著溫度逐漸減弱的綠色發(fā)光，在顏色調(diào)節(jié)上(意指改變成不同顏色方面)上相對單一。
申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。