余輝（AG）是發(fā)生在光致激發(fā)之后的長(zhǎng)時(shí)間光致發(fā)光（PL），同時(shí)也是由亞穩(wěn)態(tài)位點(diǎn)捕獲和熱釋放的空穴與電子之間的重新組合所引起。余輝通常可在緊急指示牌和手表表盤上看到。俘獲電子也可以通過(guò)近紅外（NIR）光照射來(lái)釋放，即為光釋光（OSL）。由于光學(xué)和光譜技術(shù)被認(rèn)為是一種非侵入性且非接觸的方法，余輝和光釋光未來(lái)可用于生物和醫(yī)學(xué)評(píng)估。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，日本東北大學(xué)（Tohoku University）工程學(xué)研究生院應(yīng)用物理系的研究團(tuán)隊(duì)在Nature旗下子刊Scientific Reports上發(fā)表了以“Repetitive afterglow in zirconia by pulsed near-infrared irradiation toward biological temperature sensing”為主題的研究。通訊作者為日本東北大學(xué)Yoshihiro Takahashi和Takumi Fujiwara。

在323K溫度下電子去俘獲2.5小時(shí)前后ZrO2樣品的熱釋光（TL）光譜

該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型溫度傳感概念——用于基于余輝和光釋光的人體深部溫度測(cè)量，然后利用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且無(wú)害的氧化物ZrO2作為傳感探針，論證了通過(guò)余輝衰減曲線測(cè)定溫度的基本原理。此外，利用波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域的外部激光刺激（~650-1000nm）可實(shí)現(xiàn)位點(diǎn)選擇和任意定時(shí)測(cè)量，近紅外區(qū)域?qū)ι锝M織（如生物窗口）具有相對(duì)較高的透射率；研究中還利用連續(xù)波近紅外激光照射骨樣本來(lái)觀察光釋光。另外，持續(xù)照射被認(rèn)為是導(dǎo)致溫度升高的外部能量來(lái)源，會(huì)對(duì)生物組織造成熱損傷。在該研究中，探討了脈沖近紅外照射下環(huán)境溫度對(duì)ZrO2樣品光致發(fā)光特性的影響，以證明余輝磷光體的生物溫度傳感功能。通過(guò)重復(fù)脈沖光照射，在波長(zhǎng)480nm處觀察到了光釋光和余輝，并且可以在超過(guò)100次的脈沖光照射周期內(nèi)持續(xù)觀察。此外，該研究還根據(jù)余輝過(guò)程中觀察到的衰減曲線，對(duì)溫度進(jìn)行了評(píng)估。

在室溫下利用重復(fù)脈沖近紅外光照射ZrO2樣品，光致發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

光致發(fā)光提供了周圍環(huán)境的信息。這項(xiàng)研究探討了基于生物溫度的脈沖近紅外光照射下余輝ZrO2的光致發(fā)光特性，旨在開(kāi)發(fā)一種無(wú)創(chuàng)的生物體深部體溫傳感的方法。脈沖光照射產(chǎn)生了光刺激發(fā)光，隨后產(chǎn)生余輝，具有重復(fù)超過(guò)100次以上的特性。通過(guò)余輝衰減曲線的測(cè)量，闡明了溫度測(cè)量的基本原理。由于使用無(wú)害的ZrO2作為傳感探針以及對(duì)活體組織具有較好透射率的近紅外光，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦的溫度測(cè)量，并且可能促進(jìn)光遺傳學(xué)治療的發(fā)展。

論文鏈接：

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