Термометрия с флуоресцентными материалами

Помимо электронного и микроскопического анализа температуры, разрабатывались также методы оптического обнаружения. Такие технологии основываются на интенсивности и изменении положения пиков люминесцентных кристаллических материалов. Скорость безызлучательного энергетического перехода и продолжительность возбужденного состояния соответствуют температуре. Например, сдвиг фазы и распад на протяжении срока существования люминофорных рубинов (Al2O3:Cr3+); Cr3+:YAG; SrAl2O4:Eu, Dy; и SrAl2O4:Eu, Nd находится в линейной зависимости от температуры. Это может быть мощным инструментом при измерении температуры, и может использоваться в бесконтактных термометрах с применением оптоволоконного датчика. Такой датчик состоит из источника света для возбуждения кристалла и люминесцентного детектора времени интенсивной фазы и фазы угасания для измерения температуры. Помимо кристаллов люминофоров, также использовался флюоресцентный краситель, например, родамин B в микрофлюидном канале. Термическая характеристика может отслеживаться с помощью микроскопии или спектрофотометрии с диапазоном 0,03–3,5°C. Помимо этого бихромофорные флуорофоры дают существенные преимущества, поскольку обеспечивают внутреннее соотнесение для обнаружения флуорометрической температуры. Флуоресцентный краситель или гранулы полимера, соединенные с красителем, могут быть использованы для измерения температуры одной живой клетки для диагностики рака. Тем не менее, флуоресцентные органические красители обесцвечиваются очень быстро, как правило, в течение 30 минут, так что они непригодны для долговременного мониторинга.

Новые наноразмерные материалы, такие как квантовые точки (QDs), являются кандидатами на использование в наноразмерных термометрах. Синтезированные и модифицированные квантовые точки характеризуются высоким квантовым выходом, долгим сроком существования до фотообесцвечивания и приемлемой биологической совместимостью после соответствующей поверхностной модификации. Более того, они могут легко соединяться с протеином и ДНК для обнаружения и выявления параметров. Наночастицы могут сами по себе функционировать в качестве термометра в ограниченном диапазоне температур. Например, CdTe и ZnS:Mn2+. Наночастицы дают обратимую линейную температурную характеристику в рамках физиологического температурного диапазона.

Молекулярная термометрия/термометрия биоматериалов

Новым захватывающим подходом к измерению температуры является использование температурно зависимых молекул или биологических частиц. Такие технологии основываются на термотрансформируемом отклике, который дает в результате высокую разрешающую способность и увеличенную биологическую совместимость благодаря уменьшенному размеру частиц и непосредственной применимости при биомедицинском/клиническом обнаружении и получении изображения.

Наноразмерные датчики из молекулярных или биологических частиц были спроектированы и сконструированы для мониторинга геометрического изменения. Например, изменение двунитевой структуры ДНК от B- к Z-DNA говорит о потенциале возможности использования в качестве молекулярного нанотермометра. Различия в электронных свойствах двух структур и процессах переноса заряда с флуоресцентных зондов дают существенные изменения эмиссии. Равновесие между конформациями Z- и B- может контролироваться с помощью температуры. Нарберхаус и сотрудники сообщают, что некоторые информационные РНК (mRNAs) меняют свои конформации под воздействием температуры. Специальные участки РНК селективно распознают изменение температуры, например, в 5′-нетранслируемой области mRNA. Изменение температуры влечет за собой изменение РНК. Конформационное изменение температурно-чувствительной РНК может отслеживаться с помощью ультрафиолетовой и ядерной магнитной резонансной спектроскопии.