CN107011905A - 一种基于上转换材料的温度传感及多通道成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于上转换材料的温度传感及多通道成像方法，尤其涉及一种基于上转换材料的复合材料、其制备方法及在温度传感及多通道成像的用途。本发明的复合材料包括作为供体材料的上转换材料和作为受体材料的荧光材料，上转换材料和荧光材料之间形成荧光共振能量转移FRET现象。采用所述复合材料，利用温度对于荧光共振能量转移现象的影响作用，通过改变温度实现了更高精度上的生物体内温度传感；通过控制复合材料中的量子点的粒径不同，或者调控罗丹明的浓度比，可实现复合材料的多色可调发光；应用本发明的复合材料，结合上转换材料在传统使用过程中的生物形貌成像与新引入的温度传感技术，可实现了同一次激发过程中的多通道成像。

Description

一种基于上转换材料的温度传感及多通道成像方法
技术领域
本发明涉及一种基于上转换材料的温度传感及多通道成像方法，尤其涉及一种基于上转换材料的复合材料、其制备方法及在温度传感和多通道成像的用途。
背景技术
上转换(upconversion)材料是一类在长波长(低光子能量)的光激发下能够发射出短波长(高光子能量)的光的材料，与传统的短波长激发长波长的材料有完全相反的效果，同时这种反常的现象被称为反-斯托克斯发光。而此种材料多用近红外光激发出可见光，近红外光源具有较高的穿透深度，同时不容易引起生物的荧光背景影响，因此在生物成像方面具有重要的应用前景。
上转换材料在传统的研究中有如下两种应用：
温度传感器：通过近红外光源激发上转换材料，使其发出可见光。由于外界温度的变化极大地影响材料内部载流子在各个能级上的分布，因此通过光谱仪检测不同波段发光的强度变化，可以判断材料所处的外界温度(ACS Nano,2010,4,3254-3258)。这种传感器也叫基于光谱强度的温度传感器。
生物体内成像(图像传感器)：通过注射的方式将上转换材料导入生物体内，再用近红外光源激发上转换材料，在暗场状态下通过设备检测发光点的所在位置，从而形成生物体内成像(Advanced Materials,2012,24,1987-1993)。
但是上述应用均存在一定的缺点和局限性：
第一、在生物成像的应用中，由于上转换材料主要是稀土掺杂纳米材料，由于稀土能级为原子能级，所以材料的发光波长是固定的，即只能被激发出一种颜色的光，也就只能反应出一种生物体内信息，而生物体内需要检测的信息往往不止一种，我们需要多色光去表征不同的部位(即多种颜色的成像)，所以传统的上转换材料应用具有局限性。
第二、在温度传感器(尤其是生物体内)方面，传统的上转换材料(如NaYF4:Er3+,Yb3+)直接用作温度传感器的灵敏度较低(最小单位约为2℃)，而在现实情况下大多数生物体内远比这个要复杂，较小的温度变化往往引起生物组织的较大变化(如人体正常温度范围约为1℃)，因此我们仅通过传统的上转换材料温度传感器不足以即时检测出细小温度的变化，从而进行体内环境的有效判断。故传统的上转换温度传感器实用性较差。
另外，上转换材料在生物内部形貌成像的应用虽然已经比较多，但单纯的形貌成像本身只能让我们对于生物体内某种物质的所在位置有一个基本了解，而它所在位置的其它信息(例如温度)则不得而知，导致我们在生物体的局部检测过程中所获得信息过少，无法综合且有效的判断生物体内不可见(指肉眼观测层面)区域的整体情况，如检测体内HeLa细胞扩散区域及存活温度。基于此，能否在形貌成像的同时，实时检测出该形貌状态下生物体内的温度等有效信息，是我们当前需要进一步挖掘的重点。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于上转换材料的温度传感及多通道成像方法，尤其涉及一种基于上转换材料的复合材料、其制备方法及在温度传感及多通道成像的用途。本发明的上转换材料基复合材料利用温度对于荧光共振能量转移现象的影响作用，通过改变温度实现了更高精度上的生物体内温度传感，相对于原有的温度传感器，其灵敏度进一步增强，为精确检测生物体内的局部环境温度变化提供便利。应用本发明的复合材料，结合上转换材料在传统使用过程中的生物形貌成像与新引入的温度传感技术，既可以实现图像传感，又可以实现温度传感，也即实现了同一次激发过程中的多通道成像。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于上转换材料的复合材料，所述复合材料包括上转换材料和荧光材料，而且，所述上转换材料和荧光材料之间形成荧光共振能量转移(resonance energy transfer，FRET)现象，所述上转换材料为供体，所述荧光材料为受体。
本发明中，所述“上转换材料和荧光材料之间形成荧光共振能量转移FRET现象”，对形成FRET现象的材料的多少不作限定，可以是上转换材料的全部成分区域和荧光材料的全部成分区域之间形成FRET现象，也可以是上转换材料的部分成分区域和荧光材料的全部成分区域之间形成FRET现象，还可以是上转换材料的全部成分区域和荧光材料的部分成分区域之间形成FRET现象，还可以是上转换材料的部分成分区域和荧光材料的部分成分区域之间形成FRET现象。
更优选的，上转换材料的全部成分区域和荧光材料的全部成分区域之间形成FRET现象。
荧光共振能量转移现象是一种在特定情况下将一种物质(供体)的能量通过非辐射的方式转移到另一种物质(受体)上的现象。要产生这种现象，需要满足较低的间距(<10nm)、供体发射光谱与受体吸收光谱的高度重叠(>30％)、供体与实体偶极子相对方位在特定角度这三个条件。由于其能量传递的方式相较于传统的辐射式传递而言具有更高的效率，所以它在生命科学、材料科学等领域有许多重要的应用。
要产生FRET现象，通过对供体材料和受体材料种类的选择，可以控制供体材料和受体材料满足“供体发射光谱与受体吸收光谱的高度重叠(>30％)”和“供体与实体偶极子相对方位在特定角度”这两个条件。比如：上转换材料镱铒双掺的NaYF4与罗丹明6G能构成FRET现象，其中一个原因是二者的光谱重叠度较高(上转换材料镱铒双掺的NaYF4的发射光谱与罗丹明6G的吸收光谱)，同时FRET的效率与光谱重叠度有直接关联(正相关)。
优选地，所述上转换材料和荧光材料之间的距离小于10nm，例如为9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm或2nm等。本发明中，所述“上转换材料和荧光材料之间的距离小于10nm”并不必须要求上转换材料的全部成分区域与荧光材料的全部成分区域的距离都小于10nm，而只要求存在上转化材料的一部分成分区域和荧光材料的一部分成分区域满足距离小于10nm即可，当然，存在的距离小于10nm的范围越大，发挥FRET的作用越明显，优选情况下，上转换材料的全部成分区域与荧光材料的全部成分区域的距离都小于10nm。
优选地，所述上转换材料为所述上转换材料为NaYF4。
优选地，所述上转换材料为作为掺杂的NaYF4，优选为镱铒双掺的NaYF4和/或镱铥双掺的NaYF4，优选为镱铒双掺的NaYF4。
优选地，所述镱铒双掺的NaYF4中，镱离子的质量百分含量为20％，铒离子的质量百分含量为2％。
本发明中的荧光材料可以是有机荧光材料，也可以是无机荧光材料，对具体的物质种类没有限定，本领域技术人员可以根据需要进行选择以制备复合材料，但都需要保证一点：荧光材料的至少一部分成分区域与上转换材料的至少一部分成分区域的间距小于10nm，且形成FRET现象。
本发明中，“荧光材料的至少一部分成分区域”指：可以是荧光材料的一部分成分区域，也可以是荧光材料的全部成分区域；“上转换材料的至少一部分成分区域”指：可以是上转换材料的一部分成分区域，也可以是上转换材料的全部成分区域。
优选地，所述有机荧光材料包括但不限于罗丹明。
罗丹明是一种有机荧光染料，多用于激光、生物染色方面，而其中的罗丹明6G是比较关键的一种，罗丹明6G发光所处的波段以及强度上来说较为明显。另外，它的吸收光谱与上转换材料的发射光谱重叠度较高，容易构成FRET现象。最后，罗丹明作为常见染料，容易实现不同浓度配比。其他材料不容易满足以上优势。因而，本发明中优选使用罗丹明6G。
优选地，所述无机荧光材料包括但不限于量子点。
量子点(quantum dot)是一种准零维的纳米材料，平均粒径大多在10nm以下，因其内部电子在各方向上的运动都受到限制，呈现出显著的量子限域效应。本发明中优选使用CdSe量子点。
本发明重点关注的是CdSe量子点在同一激发光源下，尺寸即便相差几个纳米的量子点，表现出来的颜色也有明显区别。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的复合材料的制备方法，所述方法为化学和/或物理方法，优选自以下三种方法中的任意一种：
方法一为：将可溶性的荧光材料和上转换材料在溶剂中实现混合，得到复合材料；
方法二为：将固态的荧光材料混于SiO2中，然后用混合有荧光材料的SiO2包覆上转换材料，得到复合材料；
方法三为：用SiO2包覆上转换材料，形成球形颗粒，然后再通过化学键结合的方式使球形颗粒与量子点结合，得到复合材料。
本发明中，方法一、方法二和方法三中，涉及到的具体的“溶解”、“混合”、“将固态的荧光材料混于SiO2中”、“包覆”及“化学键结合的方式”均为本领域的常规操作，本领域技术人员可以参照现有技术进行制备，此处不再赘述。
本发明中，方法一中，具体的操作过程可以是：将可溶性的荧光材料溶解于溶剂中，得到荧光材料的溶液，然后与上转换材料混合，得到复合材料；也可以是：将上转换材料溶解到溶剂中，得到上转换材料的溶液，然后与可溶性的荧光材料混合，得到复合材料。
优选地，方法一中，所述可溶性的荧光材料为罗丹明6G，所述溶剂为二甲基亚砜(DMSO)。
优选地，所述方法一中，将上转换材料混合到荧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，构造出半球形的结构，备用；
本发明中，采用方法一制备得到的复合材料中，即使在同一液滴中，对于每一单位的上转换材料而言，只有它附近少量的荧光材料满足距离小于10nm的要求，可以与荧光材料形成FRET现象。
本发明中，采用方法二制备复合材料时，需要调控制备参数使最终得到的复合材料中，荧光材料的至少一部分成分区域与上转换材料的至少一部分成分区域的间距小于10nm。调控的参数比如上转换材料的尺寸、上转换材料的形貌、二氧化硅的粒径和量子点的粒径等，本发明中，可通过油酸调控上转换材料的尺寸和形貌，而关于调控二氧化硅的粒径、量子点的粒径以及控制距离小于10nm的方法，本领域技术人员可参照现有技术的方法进行，此处不再赘述。
第三方面，本发明提供如第一方面所述的复合材料的用途，所述复合材料用于温度传感。
本发明的复合材料中，上转换材料和荧光材料之间形成荧光共振能量转移FRET现象，上转换材料为供体材料，荧光材料为受体材料。随着FRET的进行，上转换材料的发光强度减弱，荧光材料(如罗丹明6G)的发光强度增加，他们的比值有剧烈的变化，通过这个变化值，我们可通过检测发光来分析某个时刻所对应的温度，因而在温度传感器方面具有重要意义。
示例性地，检测发光来分析某个时刻所对应的温度的方法如下：
构建一个具有激发光源、加热器、光谱仪和显微镜等设备的测试平台。通过加热器逐步加热样品的温度，上转换材料和荧光材料的发光强度均有所减弱(荧光材料减弱的比例明显大得多)。两者光谱的重叠度由此改变，导致FRET的效率同步改变，两者的发光强度比值有明显变化，通过记录一系列不同温度时对应的比值，并将其拟合出一条曲线，该数据则可作为该材料的温度传感使用。
本发明研究了复合材料中不同含量的荧光材料对发明强度和温度灵敏度的影响：结果表明，随着复合材料中的荧光材料的含量增加(比如罗丹明的浓度逐渐增高)，罗丹明等荧光材料的发光强度逐渐增强，而且，它其实也发生了红移(意即光谱往更高波长的方向移动)；在温度上升的过程中，上转换材料和罗丹明6G等荧光材料的发光强度都会有所减少(温度较高时，每摄氏度减少幅度有所提高)，但是同一个温度下，二者减少的幅度是不一样的，实验表明罗丹明6G等荧光材料的减少会更加迅速，因此在光谱重叠度上会有所改变，从而影响发光强度的比值发生剧烈变化，以此我们可通过检测发光来分析某个时刻所对应的温度，可以更准确的判断温度。
举例说明，当复合材料中的荧光材料为量子点时，改变环境温度，比如将复合材料放入水溶液中并加热升温，从室温逐渐升高到50℃左右，在升温过程中一直保持激光光源(980nm)的持续激发，并同时通过光谱仪检测上转换材料的绿色发光强度(主要发光颜色)与悬挂在上转换材料上的量子点(比如CdSe量子点)的红色发光强度(主要发光颜色)，对比两种发光的相对强度值，得到对应温度下的参数值，可以得出温度与材料发光位置及强度的对应关系。这一对应关系将是基于发光判断温度的标准。
举例说明，当复合材料中的荧光材料为罗丹明时，对含有复合材料的溶液进行加热升温，从室温逐渐升高到50℃左右，在升温过程中一直保持激发光源(980nm)的持续激发，并同时通过光谱仪分别检测溶剂中上转换材料主要发光颜色的强度与罗丹明(例如罗丹明6G)主要发光颜色的强度，对比两种发光的相对强度值，得到对应温度下的参数值，实现了温度的高灵敏度传感功能。
本发明通过将上转换材料和荧光材料构建得到紧密联结的复合材料，利用荧光共振能力转移现象对于温度的敏感性，实现了该复合材料应用到生物体内的高灵敏温度传感，在生物体内温度细小变化即可引起体内环境剧变的背景下，具有实际意义。
优选地，在用于温度传感时，使用一种复合材料，该复合材料中的荧光材料的不同粒径的量子点。
优选地，在用于温度传感时，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为量子点，且至少两种复合材料中的量子点的粒径不完全相同。
优选地，在用于温度传感时，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为罗丹明6G，且至少两种复合材料中的罗丹明6G的浓度值不同。
第四方面，本发明还提供如第一方面所述的复合材料的又一用途，所述复合材料用于多通道成像，比如同时实现温度传感和图像传感。
本发明中，使用的复合材料可以是液体，也可以是固体。关于成像的原理，上转换材料本身就具有(近红外波长(比如我们用的激发光源为980nm))穿透深度大，可引进生物体内，同时不容易引起其他物质的荧光背景的优点，可仅观察物质本身发光，方便观测；而如果用短一些的波长，不仅不容易穿透进生物内部，其他物质也可能被激发出荧光。
在用于多通道成像时，需要控制荧光材料的粒径为不同的值，或者调整复合材料中的荧光材料的含量在不同的值。
作为一个优选技术方案，在用于多通道成像时，使用一种复合材料，且所述复合材料中的荧光材料为不同粒径的量子点。
作为又一优选技术方案，在用于多通道成像时，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为量子点，且至少两种复合材料中的量子点的粒径不完全相同。
作为再一优选技术方案，在用于多通道成像时，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为罗丹明6G，且至少两种复合材料中的罗丹明6G的浓度值不同。
本发明中，量子点在同一激发光源下(比如980nm的激发光源)，尺寸即便相差几个纳米的量子点，表现出来的颜色也有明显区别。因而可以通过调整复合材料中的量子点在不同尺寸，达到多色发光的目的，通过光谱仪检测并分析不同颜色发光强度，可以获取到不同的信息，从而可以实现生物体内的多色成像，反映出生物体内多方面的有效信息。
本发明中，也可以通过改变荧光材料的含量(比如罗丹明6G的浓度，或者上转换材料和罗丹明6G的浓度比)，来实现不同程度的FRET能量转移现象，结果表明，随着荧光材料(比如罗丹明浓度)逐渐增加，FRET的效果则会逐渐变强。若用同一个激发光源(比如980nm的激发光源)去激发含不同浓度荧光材料的复合材料整体，将产生多种颜色的发光，通过光谱仪检测并分析不同颜色光的发光强度，可获取不同的信息。
以罗丹明6G作为荧光材料为例说明，上转换材料在绿色发光的波段强度是最强的，随着FRET的进行，此波段逐渐减弱，而罗丹明6G是黄绿色发光(565-585nm)的波段强度最强，随着FRET的进行，此波段逐渐增强。绿色发光的减弱与黄绿色发光的增强(并且增强的光逐渐像黄色方向移动)，复合出来的颜色则是一个动态变化的过程(因为两物质都另外有一个完全不改变但一直保持发光的波段，大约在650-670nm段，为红光，复合颜色表现出来的是混入了此发光的)，动态变化的过程大概是黄绿色到桃黄色的过程。
本发明提出将上转换材料与荧光材料相结合制备出复合材料，基于FRET现象大幅度提高材料温度传感的灵敏度的特点，通过实验数据拟合出“温度—发光强度”的对应曲线，以此曲线为标准，通过观察生物体内的发光强度来判断它所处的实时温度，且灵敏度明显增加，有助于精确观测细小的温度变化。同时，在观察上述温度参数值的同时，通过光谱仪分析上转换材料在被激发光源(980nm)激发时本身的发光强度与发光所在位置，我们可通过分析得到生物体内的形貌成像情况，再结合上述的温度传感成像，即实现了生物体在同一次激发过程中的多通道成像。也就是说，将上述两种传感器的功能集成到了同一个复合材料上，实现了多功能化的作用，可通过一次光源的激发去检测两种(温度及图像)及以上的生物体内信息，明显提高了检测效率。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种基于上转换材料的复合材料，包括上转换材料和荧光材料，且上转换材料作为供体材料，与荧光材料作为的受体材料之间形成FRET现象。采用本发明的复合材料，利用温度对于荧光共振能量转移现象的影响作用，通过改变温度实现了更高精度上的生物体内温度传感，相对于原有的温度传感器，其灵敏度进一步增强，为精确检测生物体内的局部环境温度变化提供便利。
(2)通过控制复合材料中的量子点的粒径不同，或者调控罗丹明的浓度比，是上转换材料的单色发光，变为了复合材料的多色可调发光，从而实现生物体内的多色成像，反映出生物体内更多方面的有效信息，为进一步的实验提供更多便利。
(3)应用本发明的复合材料，结合上转换材料在传统使用过程中的生物形貌成像与新引入的温度传感技术，既可以实现图像传感，又可以实现温度传感，也即实现了同一次激发过程中的多通道成像。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
我们通过水热法合成上转换材料：
(1)首先将0.4mmol YCl3、0.4mmol YbCl3和0.4mmol ErCl3溶液混合，添加到混有1-十八烯和油酸的烧瓶中，在氩气的保护下将溶液加热到160℃并持续30min，然后冷却到室温。
(2)然后将5mL的甲醇溶液(内含1.6mmol的NH4F和1mmol的NaOH)添加到烧瓶中持续搅拌30min。在将甲醇蒸发掉之后，在氩气的保护下将溶液加热到310℃并持续1h，然后冷却到室温。通过添加乙醇，使得上转换材料纳米粒子镱铒双掺的NaYF4沉淀，通过离心将其收集。
本实施例的镱铒双掺的NaYF4简称为NaYF4:Er3+,Yb3+，其中，镱离子的质量百分含量为20％，铒离子的质量百分含量为2％。
通过X射线衍射仪(XRD,X-Ray Diffraction)检测到合成的上转换材料为六方晶相，为最佳状态。
用水和乙醇将其洗涤数次后，通过二甲基亚砜(DMSO,Dimethyl sulfoxide)将上述的上转换材料溶解，得到上转换材料的溶液，最后将罗丹明6G分散于上转换材料的溶液之中，得到混合溶液(混合溶液中，上转换材料的浓度为1mM(mmol/L)，而罗丹明6G的浓度为0.23mM)把得到的溶液滴到涂有疏水材料的光滑表面，构造出半球形的结构，罗丹明6G和与上转换材料构成复合材料；
其中，对DMSO的用量无特殊要求，只要能使上转换材料和罗丹明6G完全溶解即可；
本实施例得到的复合材料中，上转换材料的种类以及罗丹明6G的种类配合满足FRET的两个条件，即①供体发射光谱与受体吸收光谱的高度重叠(>30％)；②供体与实体偶极子相对方位在特定角度。而且，通过本实施例的方法，可以使同一液滴中，有一部分荧光材料和上转换材料的距离小于10nm，形成FRET现象。
激发与检测阶段：
步骤一：
取少量复合材料加入试管中，然后加入少量超纯水，注意上述步骤顺序不可颠倒，否则可能导致材料无法分散均匀而不方便后续设备对其检测。
将试管固定在光学平台的支架上，并设置好相应设备的参数值，开启980nm光源的激光器对其激发，与此同时，通过光谱仪开始检测复合材料中的颜色及发光强度。
改变罗丹明6G的用量(参见实施例2-6)，得到不同发光颜色及对应强度。
步骤二：
取少量本实施例的复合材料于试管中，步骤与上述相同，在打开激发光源并保持发光强度监测的同时，通过将试管置于水浴锅中逐步加热(约2℃/min)，在从22到50℃的变化过程中，观察到上转换材料的发光强度逐渐减弱，同时罗丹明6G的发光强度以更快的速度减弱(上转换材料和罗丹明6G的发光强度都减弱，但是，罗丹明6G的发光强度减弱地更快，同时伴随着光谱重叠度的改变，因此比值有一系列变化)，得到前者与后者的比值在不同温度下的一系列数据，将数据录入origin软件中，去除无效数据点并进行拟合，得到一条有效的拟合线。
得到有效拟合的线之后，将上述材料用于Hela细胞中，逐步对其升温，通过细胞形貌与材料发光颜色的变化，可用来判断细胞形貌变化直至死亡时所处的时间节点。
步骤三：
观察在激发过程中，本实施例的复合材料发光时的形貌特征，得出形貌的信息。
实施例2
除上转换材料的浓度为1mM，而罗丹明6G的浓度为0.5mM外，其他制备和测试的方法及条件均与实施例1相同。
实施例3
除上转换材料的浓度为1mM，而罗丹明6G的浓度为0.83mM外，其他制备和测试的方法及条件均与实施例1相同。
实施例4
除上转换材料的浓度为1mM，而罗丹明6G的浓度为1.25mM外，其他制备和测试的方法及条件均与实施例1相同。
实施例5
除上转换材料的浓度为1mM，而罗丹明6G的浓度为1.75mM外，其他制备和测试的方法及条件均与实施例1相同。
分别对实施例1-6的样品进行检测，结果显示，随着浓度的增加，颜色向一个方向发生渐变变化，具体的变化为从黄绿色到桃黄色。
但需要说明的是，对于实施例1-6的每一个样品，体现的分别是单一种类的颜色。
关于发光颜色变化的具体解释如下：上转换材料和罗丹明6G这两种物质分别发光。两种物质在640-680nm波段都有明显发光(红色发光)，且这个波段的发光在激发下基本是稳定的状态，不会随着罗丹明6G浓度的改变而改变。至于上转换材料还有的发光波段是525-560nm(绿色发光为主，该波段随着罗丹明6G浓度的增加，也就是FRET现象越发的增加，发光强度逐渐减弱)。而罗丹明6G还有的发光波段是在575nm附近(黄绿色发光，该波段随着罗丹明6G浓度的增加，发光强度逐渐增强，同时有略微红移)。基于几种颜色的强弱变化，所以复合之后体现出来的颜色也在保持变化。
实施例7
(1)采用与实施例1相同的方法制备镱铒双掺的NaYF4(简称为NaYF4:Er3+,Yb3+)，作为上转换材料。
(2)用油酸作为表面活性剂去调整上转换材料的尺寸和形貌，达到小型圆球状(放大倍数来仔细观察的话，是六边形)。
(3)将0.1mL的表面活性剂CO-520和4ml浓度为0.01mol/L的NaYF4:Er3+,Yb3+溶解在6ml的环己烷中，并搅拌约10min。然后继续将0.4ml的CO-520和0.08ml的氨水(30wt％)加入封闭的容器中，大约需要20min，直到形成透明乳液。接着在溶液中添加0.04ml的四乙基原硅酸盐(TEOS)，将溶液以600r/min的速度旋转两天。通过添加丙酮沉淀，来得到所需的Si/NaYF4纳米微球结构。最后用乙醇与水1:1的混合溶液中洗涤两次，并将其保存于水中。
将量子点的溶液加入上述乳液中，以600r/min的速度旋转30min，继续添加TEOS并旋转两天，过添加丙酮沉淀，来得到最终的纳米微球结构。最后用乙醇与水1:1的混合溶液中洗涤两次，得到复合材料，并将其保存于水中。
对比例1
除不添加罗丹明6G外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
单纯使用上转换材料，在提高温度过程中，它在525-560nm波段的发光强度有所降低，但由于温度变成了影响发光强度的唯一因素，所以灵敏度并不高，很难精确探测到1℃以内的变化情况(生物的温度成像方面，有这种精度的必要)；另外，上转换材料本身不具备575nm附近的发光颜色(黄绿色)，仅有本身完全不变的红色发光和随着温度逐渐减弱的绿色发光，在颜色调节上(意指改变成不同颜色方面)上相对单一。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于上转换材料的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括上转换材料和荧光材料，而且，所述上转换材料和荧光材料之间形成荧光共振能量转移FRET现象，所述上转换材料为供体材料，所述荧光材料为受体材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述上转换材料和荧光材料之间的距离小于10nm。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述上转换材料为NaYF4；
优选地，所述上转换材料为掺杂的NaYF4，优选为镱铒双掺的NaYF4和/或镱铥双掺的NaYF4，优选为镱铒双掺的NaYF4；
优选地，所述镱铒双掺的NaYF4中，镱离子的质量百分含量为20％，铒离子的质量百分含量为2％；
优选地，荧光材料为有机荧光材料和/或无机荧光材料，优选为有机荧光材料或无机荧光材料中的任意一种；
优选地，所述有机荧光材料包括罗丹明，所述罗丹明优选为罗丹明6G；
优选地，所述无机荧光材料包括量子点，所述量子点优选为CdSe量子点。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于上转换材料的复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法为化学方法和/或物理方法，优选自以下三种方法中的任意一种，
方法一为：将可溶性的荧光材料和上转换材料在溶剂中实现混合，得到复合材料；
方法二为：将固态的荧光材料混于SiO2中，然后用混合有荧光材料的SiO2包覆上转换材料，得到复合材料；
方法三为：用SiO2包覆上转换材料，形成球形颗粒，然后再通过化学键结合的方式使球形颗粒与量子点结合，得到复合材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，方法一中，所述可溶性的荧光材料为罗丹明6G，所述溶剂为二甲基亚砜DMSO；
优选地，所述方法一中，将可溶性的荧光材料和上转换材料在溶剂中实现混合的方式为：将可溶性的荧光材料溶解于溶剂中，得到荧光材料的溶液，然后与上转换材料混合，得到复合材料；
优选地，所述方法一中，将可溶性的荧光材料和上转换材料在溶剂中实现混合的方式为：将上转换材料溶解到溶剂中，得到上转换材料的溶液，然后与可溶性的荧光材料混合，得到复合材料；
优选地，所述方法一中，将上转换材料混合到荧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，构造出半球形的结构，备用。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法二和方法三中，固态的荧光材料包括量子点或罗丹明6G中的任意一种或两种的组合。
7.如权利要求1-3任一项所述的复合材料的用途，其特征在于，所述复合材料用于温度传感。
8.如权利要求1-3任一项所述的复合材料的用途，其特征在于，所述复合材料用于多通道成像。
9.根据权利要求7或8所述的用途，其特征在于，使用一种复合材料，且所述复合材料中的荧光材料为不同粒径的量子点；
优选地，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为量子点，且至少两种复合材料中的量子点的粒径不完全相同。
10.根据权利要求7或8所述的用途，其特征在于，使用至少两种复合材料，所述至少两种复合材料中的荧光材料均为罗丹明6G，且至少两种复合材料中的罗丹明6G的浓度值不同。
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