CN111366608A - 一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法 - Google Patents

一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法 Download PDF

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CN111366608A CN202010044347.1A CN202010044347A CN111366608A CN 111366608 A CN111366608 A CN 111366608A CN 202010044347 A CN202010044347 A CN 202010044347A CN 111366608 A CN111366608 A CN 111366608A
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周绍兵
杜天意
杨光
徐玲
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Abstract

本发明公开了一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其主要利用激光功率计测得在特定波长下的激光的原始功率以及分别透过纯溶剂与光热剂溶液之后的功率，将透过纯溶剂和光热剂溶液损失的能量差作为光热剂吸收转换的热能，来计算获得光热转换效率。该测量方法与传统测量方法相比，简单有效，且不需要依赖于大型贵重仪器紫外‑可见‑近红外分光光度计以及贵重仪器热成像仪，不需要对操作者有较为严格的专业背景以及技能培训要求，也不需要耗费太多的时间进行处理计算，就可以快速有效计算获得光热转换效率。

Description

一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，尤其涉及一种光热剂的光热转换效率的测量方法。
背景技术
随着癌症在全球发病率以及死亡率的增加，由于癌症的治愈率低，病人承受着巨大的痛苦以及经济压力，全球迫切的需要一种方式可以有效的解决癌症治疗，光热治疗应运而生，光热治疗的关键在于光热剂，光热剂可以吸收特定的波长，将光能转换为热能，从而可以对异常细胞或组织进行有选择性的局部加热(45℃左右)，在温和的温度下会发生蛋白质变性以及细胞膜的破坏，引起细胞的不可逆损伤，最后达到治疗癌症的目的。光热治疗主要是将吸收的光能转换为热能用于癌症的治疗，也有极少部分光热剂除将吸收的光能转换为热能用于癌症治疗外，还能将部分光能转换为荧光用于肿瘤的成像，本申请中探讨的光热剂除特殊说明外，其余均指将吸收的光能仅转换为热能的主流光热剂。
在光热治疗中，光热转换效率是用于评价光热剂将光能转换为热能能力的一个重要指标，光热转换效率的差异则是影响光热剂在研究以及临床应用中的重要因素。
传统光热剂光热转化效率的测量方法是Roper D K在2007年提出的(Roper D K，Ahn W， Hoepfner M.Microscale heat transfer transduced by surface plasmonresonant gold nanoparticles[J].The Journal of Physical Chemistry C，2007，111(9):3636-3641.)，其计算公式是
Figure RE-RE-GDA0002484755720000011
其中，h为容器的传热系数(W/ (m2*℃))；A为容器的表面积(m2)；T最高升高温度为体系所能到达的最高温度(℃)；T环境温度为周围环境温度(℃)；Q溶剂吸收功率为溶剂在激光照射下吸收的功率(W)；I照射功率为激光功率(W)；Aλ为悬液在相应激光波长处的紫外分光光度计的吸光度。
上述传统光热转换效率测量方法存在如下原理方面的偏差，主要包括1)：上述计算公式中分母为利用比尔定律根据样品吸光度A计算的入射激光的相对功率，而不是入射激光的初始功率；2)：上述计算公式在实验过程中是在真空环境下测得的热平衡时间，不仅与定义的差别很大(文献中提到为10倍)，而且在平时操作中也不可能达到真空下进行测量；3)：温度的测量，上述计算公式测量过程中采用的是热电偶测量温度，热电偶的存在对于升温有着极大的影响。
上述传统光热转换效率测量方法还存在如下测试过程方面的缺陷，主要表现在：1)：测试操作过程需要紫外分光光度计测得光热剂在对应波长的吸收值，现有的紫外-可见光分光光度计的分析波长只有：190-900nm，虽然也有分析波长更长的紫外-可见-近红外分光光度计(分析波长：200-2500nm)，但是两者都是属于相对昂贵的大型设备，不容易获得，尤其是相对于分析波长更长的紫外-可见-近红外分光光度计来说；2)：在操作过程中还需要记录温度变化，虽然可以用探头以及温度计可以测量温度变化，但是两者都是需要放置在光热剂溶液里面，这样的测量方式严重影响实验的结果，因此一般采用热成像仪来记录温度变化相比比较准确，但是，热成像仪也是一种相对昂贵的测量仪器，且紫外分光光度计和热成像仪仪器一般都需要相关专业背景或者经过相关专业操作培训的专业技术人员才能操作；3)：在测量温度变化过程中，需要操作者不间断的记录光热剂在照射下的温度变化，此过程极度的费时费力，而且为了实验的准确性，需要选择一个相比密闭没有空气对流(气流会影响光热剂的温度变化，进一步影响实验结果)的环境进行测试，测试条件比较严格；且由于测试时间较长，需要考虑扩散至环境中的热量；4)：后期数据处理也是一个比较复杂的过程，需要相关专业技术人员将测得的相关参数进行处理，拟合曲线，代入公式转化计算，涉及的工作量较大，费时费力。
因此，设计另外一种更加简单有效的光热转换效率测量方法显得十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现一种能够减少测量时间、减少对大型贵重仪器的依赖以及减少对操作者的专业背景以及相应技能的需求的有效的光热剂光热转换效率测量方法。
为了解决上述的技术问题，本发明采用如下的技术方案：
根据光热转换效率的定义，在这里引入一种简单易得的测量仪器-激光功率仪，此种仪器相对于紫外-可见-近红外分光光度计和热成像仪不仅更加便宜，而且激光功率仪的波长范围为19-11000nm，较紫外-可见-近红外分光光度计测试范围更广。本发明采用genter eo公司的激光功率计(uno laser power meter波长范围为190-20000nm)，此仪器采用连续激光照射在包含热电堆和光电二极管两种传感器的综合探头上，热电堆和光电二极管将光能转换成热量，再转换为电信号输出，通过校准来精确测量激光功率的大小。在显示功率稳定后即可读数，测量时长一般在30秒到5分钟不等。本申请所述测量方法基于现有的光热剂材料因为不存在光致发光或者其他损耗，默认为光热剂吸收的能量全部以热能的形式散发出去的原理；不同于传统测量方法中利用温度变化来计算所产生的热量，而是利用光热剂对入射激光产生吸收并将其转化为热能的性质，通过激光功率计分别测量激光透过光热剂溶液和纯溶剂的激光功率变化来计算热量，进而减少传统测量方法过程中由于温度变化测量条件严苛繁琐以及测量时间较长带来的误差，由于光热剂能够吸收激光能量将光能转换成热能，利用在特定波长下的激光分别透过纯溶剂与光热剂溶液损失的能量差作为光热剂吸收转换的热能，然后将光热剂吸收转化的热能(表现为功率)除以入射激光的功率，即可计算获得光热转换效率。
一种快速有效的光热剂的光热转换效率测量方法，具体操作步骤为：先测定原始特定波长的激光功率W原始，然后将装有纯溶剂的石英皿放在光源前，测量特定波长激光透过纯溶剂后的功率W溶剂，两者的差值W原始-W溶剂定义为溶剂所吸收的功率，接着将装有均匀分散在溶剂中的光热剂溶液的石英皿放在光源前，测定特定波长激光透过光热剂溶液后的功率W光热剂，两者的差值W原始-W光热剂定义为光热剂溶液所吸收的功率，最后光热转换效率的计算公式为光热剂溶液所吸收的功率减去溶剂所吸收的功率的差除以原始特定波长的激光功率，即为
Figure RE-RE-GDA0002484755720000031
进一步的，所述特定波长为808nm。
进一步的，所述光热剂为聚多巴胺纳米颗粒。
进一步的，所述聚多巴胺纳米颗粒的粒径为34-200nm；分散的溶剂选自去离子水、磷酸盐缓冲液和醋酸缓冲液中的任意一种，优选去离子水。
进一步的，所述聚多巴胺纳米颗粒溶液的制备过程如下：
(a)常温下，将一定量的多巴胺盐酸盐加入溶剂中搅拌均匀。
(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃。
(c)待溶液温度升至70℃后，加入适量的氢氧化钠，并在70℃下搅拌下5h。
(d)将生成的聚多巴胺颗粒用14500分子量的透析袋透析24h，然后用50000分子量的超滤管超滤得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒浓缩液或者将生成的聚多巴胺颗粒离心收集，并用蒸馏水重新分散再离心的方法将颗粒洗三次，即可得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒。
进一步的，所述光热剂为吲哚菁绿。
进一步的，所述光热剂为金纳米颗粒、硫化铜纳米颗粒以及石墨烯中的任意一种。
本发明还提供上述快速有效的光热剂光热转换效率的测量方法在光热治疗中应用。
本发明提供的一种快速有效的光热剂光热转换效率的测量方法，不需要依赖于大型贵重仪器紫外-可见-近红外分光光度计以及贵重仪器热成像仪，不需要对操作者有较为严格的专业背景以及技能培训要求，也不需要耗费太多的时间进行处理计算，就可以快速有效的分析光热转换效率。
附图说明
图1为400μg/mL浓度的聚多巴胺(115nm)溶液随公式(1-3)拟合得到的曲线；
图2为本申请的快速有效的光热剂光热转换效率测量方法的流程示意图；
图3为不同浓度的聚多巴胺(115nm)溶液分别采用传统测量方法以及本申请测量方法计算得到的光热转换效率；
图4为400μg/mL浓度的聚多巴胺(34nm)溶液随公式(1-3)拟合得到的曲线；
图5为400μg/mL浓度的聚多巴胺(200nm)溶液随公式(1-3)拟合得到的曲线；
图6为70μg/mL浓度的吲哚菁绿(ICG)溶液随公式(1-3)拟合得到的曲线；
图7为不同浓度的吲哚菁绿(ICG)溶液的利用本申请测量方法计算得到的光热转换效率；
图8为400μg/mL浓度的硫化银量子点溶液随公式(1-3)拟合得到的曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1.聚多巴胺纳米颗粒的制备
(a)常温下，将180mg的多巴胺盐酸盐放入90mL的去离子水中搅拌均匀。(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃。(c)待溶液温度升至70℃后，加入37.6mg的氢氧化钠，并在70℃下搅拌下5h。将生成的聚多巴胺颗粒用14500分子量的透析袋透析24h，然后用50000分子量的超滤管超滤得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒浓缩液。制备的颗粒平均粒径为115nm。
2.光热剂溶液的配置
将制备的聚多巴胺纳米颗粒分散在溶剂中，配成不同浓度的溶液；分散的溶剂选自去离子水、磷酸盐缓冲液和醋酸缓冲液中的任意一种，优选去离子水。
取1mL的聚多巴胺颗粒浓缩液进行冻干或者放置在真空干燥箱中进行干燥，然后计算出初始溶液的浓度，然后配制成400μg/mL的聚多巴胺颗粒溶液。
3.光热转换效率的测量：
传统测量方法
将400μg/mL浓度的聚多巴胺颗粒(115nm)溶液取1.5mL置于石英皿中，然后用808nm 激光进行照射，这里选择0.658W的激光进行照射，同时用热成像仪来进行记录石英皿中的光热剂溶液的升温以及降温曲线，将数据进行处理代入公式(1-1)中，
在公式(1-1)中，h和A未知，通过下面的公式计算：
Figure RE-RE-GDA0002484755720000051
τ时间系数为样品体系的时间系数(s)
m溶剂为溶剂的质量(g)
C溶剂为溶剂的比热容(J/(g*℃))
其中τ时间系数未知，通过下面的公式计算：
t＝-τ时间系数*lnθ (1-3)
τ时间系数的值是将冷却时间段的时间随公式(1-3)进行拟合得到的拟合直线的斜率，如说明书附图1所示。
其中，
Figure RE-RE-GDA0002484755720000052
T每一点的温度：为冷却时段每一秒的温度。
通过计算，τ时间系数为460.0822s，代入公式(1-2)计算得hA为0.013693W/℃，溶液体积为1.5mL，水的比热容为4.2J/(g*℃)，计算可得Q溶剂吸收功率为6.3mW，通过热成像图的处理可获得最高升高温度与环境温度的差值为17.1℃，即T最高升高温度-T环境温度＝17.1℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.531，照射功率为 0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得，聚多巴胺颗粒浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.490792。
本申请测量方法流程如说明附图2所示：
S1：打开激光功率仪，对激光功率仪进行清零校准；
S2：打开808nm激光器，调整激光的光圈覆盖激光功率仪检测器的60％-80％，待激光功率仪的显示屏上的读数稳定后获得W原始；
S3：将装有1.5mL去离子水的石英皿放在激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的读数稳定后获得W溶剂，
S4：取浓度为400μg/mL，平均粒径为115nm的聚多巴胺颗粒溶液取1.5mL置于石英皿中，并放置于激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的读数稳定后获得W光热剂。
S5：将上述测得的各数据代入如下公式计算获得光热转换效率，公式如下：
Figure RE-RE-GDA0002484755720000061
W原始：为激光照射在检测器上显示的功率
W溶剂：为激光透过溶剂后在检测器上显示的功率
W光热剂：为激光透过光热剂溶液后在检测器上显示的功率
通过检测，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.21W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得光热转换效率为0.62462。
实施例2
本实施例具体步骤与实施例1大致相同，不同之处在于：取1mL的聚多巴胺颗粒浓缩液进行冻干或者放置在真空干燥箱中进行干燥，然后计算出初始溶液的浓度，将制备出的粒径为115nm的聚多巴胺纳米颗粒配制成50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL、400μg/mL的聚多巴胺颗粒溶液。
平均粒径为115nm的不同浓度的聚多巴胺颗粒溶液采用传统测量方法总结如下：
浓度为400μg/mL：通过计算可知，τ时间系数为460.0822，Q溶剂吸收功率为6.3mW， T最高升高温度-T环境温度＝17.1℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.531，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得光热转换效率为0.490792。
浓度为200μg/mL：通过计算可知，τ时间系数为438.8543，Q溶剂吸收功率为6.3mW， T最高升高温度-T环境温度＝13.1℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.365，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得光热转换效率为0.485905。
浓度为100μg/mL：通过计算可知，τ时间系数为509.3343，Q溶剂吸收功率为6.3mW， T最高升高温度-T环境温度＝7℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.292，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得光热转换效率为0.24926。
浓度为50μg/mL：通过计算可知，τ时间系数为293.4642，Q溶剂吸收功率为6.3mW， T最高升高温度-T环境温度＝5.5℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.237，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得光热转换效率为0.403895。
平均粒径为115nm的不同浓度的聚多巴胺颗粒溶液采用本专利测量方法总结如下：
浓度为400μg/mL：通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621 W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.21W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得光热转换效率为0.62462。
浓度为200μg/mL：通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621 W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.337W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得光热转换效率为0.431611。
浓度为100μg/mL：通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621 W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.485W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得光热转换效率为0.206687。
浓度为50μg/mL：通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.53W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得光热转换效率为0.138298。
分别采用两种方法测得的不同浓度的聚多巴胺颗粒溶液的光热转换效率结果如说明书附图3所示，可以看出聚多巴胺颗粒溶液在200μg/mL以下的浓度时，本申请测量方法计算的光热转换效率均小于传统测量方法，从理论上来说，由于传统测量方法计算中，分母并不是入射激光的初始功率，而是计算的相对功率，该相对功率是小于初始功率的，本专利测量方法是以激光入射初始功率为分母，因此造成了本申请测量方法的最终结果小于传统测量方法，当聚多巴胺颗粒溶液浓度达到一定高浓度如400μg/mL时，其产生的热量更多，造成对传统测量方法过程中存在很多干扰因素、如环境的温度、环境中存在的扰动以及光照光热剂产生的高温向未光照溶液区域的传输等的影响更大，尤其是在降温曲线的测量以及光热剂产生的高温向未光照的溶液区域的传输中产生的误差更大，这也是造成高浓度下本申请测量方法计算的聚多巴胺颗粒溶液的光热转换效率与传统测量方法较大差距的原因。
此外，通过传统计算方法计算一系列浓度的光热剂溶液的光热转换效率，可以看出，对于同一种光热剂，不同浓度下有着不同的光热转换效率，而且有的存在较大的偏差，然而按照传统测量方法的测量原理，其测量公式分母定义为利用比尔定律根据样品吸光度A计算的相对功率，从理论上来说，对于同一种光热剂，此测量方法测得的光热转换效率应该随浓度变化不大，然而实际测量的结果与理论测量结果却存在较大的偏差，因此，将光热转换效率中的分母采用入射激光的初始功率更加的合适。
实施例3
本实施例具体步骤与实施例1大致相同，不同之处在于：(1)聚多巴胺颗粒的制备。(a) 将120mg的多巴胺盐酸盐放入90mL的去离子水中搅拌均匀，(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃，(c)当温度升至70℃时，加入31.34mg的氢氧化钠，然后在70℃下搅拌下5h。将生成的聚多巴胺颗粒用14500分子量的透析袋透析 24h，然后用50000分子量的超滤管超滤得到。即可得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒浓缩液。制备的纳米颗粒平均粒径为34nm。
采用传统测量方法，通过计算可知，τ时间系数为409.6351，其拟合曲线如说明书附图4所示，Q溶剂吸收功率为6.3mW，T最高升高温度-T环境温度＝22.34℃，通过测的紫外分光光度计结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.526，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得，34nm的聚多巴胺颗粒浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.730019。
采用本申请测量方法，通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.196W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得34nm的聚多巴胺颗粒浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.645897。
实施例4
本实施例具体步骤与实施例1大致相同，不同之处在于：聚多巴胺颗粒的制备。(a)将 360mg的多巴胺盐酸盐放入90mL的去离子水中搅拌均匀；(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃；(c)待溶液温度升至70℃后，加入75.2mg的氢氧化钠，然后在70℃下搅拌下5h。将生成的聚多巴胺颗粒离心收集，并用蒸馏水重新分散再离心的方法将颗粒洗三次，即可得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒。制备的纳米颗粒平均粒径为200nm。
采用传统测量方法，通过计算可知，τ时间系数为320.1943，其拟合曲线如说明书附图5所示，Q溶剂吸收功率为6.3mW，T最高升高温度-T环境温度＝25.65℃，通过测的紫外分光光度计，结果显示，在808nm处聚多巴胺颗粒的吸收值为0.65，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得，200nm的聚多巴胺颗粒浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.975887。
采用本申请测量方法，通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过聚多巴胺颗粒溶液后的功率W光热剂为0.2112W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得34nm的聚多巴胺颗粒浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.622796。
两种测量方法获得的光热转换效率结果相比较，符合理论上传统测量方法结果高于本专利测量方法结果，两者结果之间的较大差异也是由于传统测量方法中不可避免存在的干扰因素如环境的温度、环境中存在的扰动以及光照聚多巴胺颗粒产生的高温向未光照溶液区域的传输等，尤其是在降温曲线的测量以及聚多巴胺颗粒产生的高温向未光照的溶液区域的传输中产生的误差。
实施例5
本实施例具体步骤与实施例1大致相同，不同之处在于：采用的光热剂为吲哚菁绿，配制过程仅需将已知浓度的吲哚菁绿(ICG)配制成70μg/mL的溶液。然后进行测试。
采用传统测量方法，通过计算可知，τ时间系数为505.5827，其拟合曲线如说明书附图6所示，Q溶剂吸收功率为6.3mW，T最高升高温度-T环境温度＝19.9℃，通过测的的紫外分光光度计，结果显示，在808nm处吲哚菁绿(ICG)溶液的吸收值为2.248，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得，吲哚菁绿(ICG)浓度为70μg/mL下的光热转换效率为 0.369368。
采用本申请测量方法，通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为-0.03W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG)浓度为70μg/mL下的光热转换效率为0.989362。
对于两种测量方法结果形成的较大差异，这是由于吲哚菁绿(ICG)是一种水不稳定性、光不稳定性及热不稳定性的小分子材料，吲哚菁绿(ICG)在用传统测量方式计算过程中，需要光照很长的时间(一般在10分钟左右)在这个光照的过程中，大量的吲哚菁绿(ICG)分子已经被光照破坏，这也是传统计算方法光热转换效率低的原因，而本申请的计算方法仅需要照射不到1分钟，对于吲哚菁绿(ICG)分子的破坏较少，这也是较大差异的主要原因所在。
实施例6
本实施例具体步骤与实施例5大致相同，不同之处在于：将已知浓度的吲哚菁绿(ICG) 配制成70μg/mL、35μg/mL、17.5μg/mL、8.75μg/mL、4.375μg/mL、2.1875μg/mL、1.09375μg/mL的溶液。然后进行测试，本实施例中仅采用本申请所述测量方法进行计算。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为-0.03W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为70μg/mL下的光热转换效率为0.989362。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.016W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为35μg/mL下的光热转换效率为0.919453。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.102W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为17.5μg/mL下的光热转换效率为0.788754。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.238W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为8.75μg/mL下的光热转换效率为0.582067。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.371W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为4.375μg/mL下的光热转换效率为0.379939。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.471W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为2.1875μg/mL下的光热转换效率为0.227964。
通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.621W，透过吲哚菁绿溶液后的功率W光热剂为0.531W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得吲哚菁绿(ICG) 浓度为1.09375μg/mL下的光热转换效率为0.136778。
采用本申请所述测量方法获得的上述不同浓度的吲哚菁绿的光热转换效率分布图如说明书附图7所述，结合说明书附图7的结果以及本申请所述光热转换效率的测量原理，可以有效体现出光热转换效率反映了光热剂将光转换为热的能力，随着光热剂浓度的增加，该光热剂的光热转换效率也随着增加，最后达到一个平衡值。
实施例7
本实施例作为对照实施例，其具体步骤与实施例1大致相同，不同之处在于：采用的光热剂为硫化银量子点，光热剂溶液配制过程仅需将已知浓度的硫化银量子点配制成400μ g/mL的溶液，然后进行测试。
如背景技术中所提及的，主流的光热剂是将吸收的光能转换成热能，但也还存在少部分光热剂除将吸收的光能转换成热能外还能转换成荧光用于肿瘤成像，这种光热剂最典型的为量子点，由于量子点尺寸与过去常用的染料分子的尺寸接近，因而可以像荧光染料一样用于生物医学研究，量子点也有一定的光热效果，作为一种可以产生荧光用于肿瘤成像的光热剂，为了与前述光热剂对比，也采用上述两种方法测量硫化银量子点的光热转换效率。
采用传统测量方法，通过计算可知，τ时间系数为450.99555，其拟合曲线如说明书附图8所示，Q溶剂吸收功率为6.3mW，T最高升高温度-T环境温度＝26.5℃，通过测得的紫外分光光度计，结果显示，在808nm处硫化银量子点溶液的吸收值为0.742，照射功率为0.658W，将已知的数据代入公式(1-1)计算可得，硫化银量子点浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.701263。
采用本申请测量方法，通过测量可知，W原始为0.658W，透过去离子水后的功率W溶剂为0.62W，透过硫化银量子点溶液后的功率W光热剂为0.043W，将已知的数据代入到公式(2-1)中，即可得硫化银量子点浓度为400μg/mL下的光热转换效率为0.8769。
两者测量方法获得的硫化银量子点的光热转换效率结果相比较，不同于实施例1-6中采用的光热剂，采用本申请测量方法计算得到的光热转换效率高于传统方法计算得到的光热转换效率，存在上述差异的主要原因在于本申请测量方法中忽略了量子点的荧光性，对于量子点等这类可以产生荧光的材料涉及到一个荧光量子产率(YF)概念。荧光量子产率(YF)即荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与所吸收的激发光的光子数之比值。它的数值在通常情况下总是小于1。YF的数值越大则化合物的荧光越强，而无荧光的物质的荧光量子产率却等于或非常接近于零。根据文献记载，硫化银量子点的荧光量子产率(YF为15％左右。
因此，本申请所述光热转换效率的测量方法适用于用于光热治疗中的大多数将吸收的光能转换为热能的光热剂。
本发明提供了一种新型简易的光热剂的光热转换效率的计算方法，其利用激光功率仪进行分析，根据光热转换效率的计算原理，设计计算方法，通过给出的实施例可以看出，本专利测量方法对比与原始测量方法计算结果相近，由于传统计算方法计算中，并没有除以入射的初始功率，而是除以通过计算的相对功率，而该相对功率小于初始功率，而本专利测量方法是除以初始功率，这也造成了本专利计算方法结果小于传统计算方法，然而本专利计算方法更接近于真实的光热转换效率的定义，其具有的优点为：
1、完成测试需要设备成本大大下降，不需要紫外-可见-近红外分光光度计，也不需要热成像仪，仅需要便宜易得的激光功率仪；其次是不需要测试者耗费很多的时间去测试以及计算；最后是不需要测试者有一定的专业知识背景以及仪器测试培训经历。
2、从原理上看，本专利测试方法不仅去除了人为测量的误差，而且也对光热转换效率的描述更加准确。
3、应用广泛，可以用来评价光热治疗中光热剂的光热转换效率；还可以根据其浓度和光热转换效率在一定范围呈线性关系来确定光热剂浓度；也可以用于发现和筛选近红外一区 (700-1100nm)或者近红外二区(1100-1700nm)的光热剂，甚至包括更长波长的光热剂的发现以及筛选。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，采用如下步骤：
S1：打开激光功率仪，对激光功率仪进行清零校准；
S2：打开特定波长的激光器，调整激光的光圈覆盖激光功率仪检测器的60％-80％，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W原始；
S3：将装有一定体积纯溶剂的石英皿放在激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W溶剂；
S4：取相同体积的光热剂溶液置于石英皿中，将该装有光热剂溶液的石英皿放置于激光器探头与激光功率仪的检测器之间，待激光功率仪的显示屏上的示数稳定后获得读数W光热剂；
S5：将上述测得的各数据代入如下公式计算获得光热转换效率，公式如下：
Figure RE-FDA0002484755710000011
W原始：为激光照射在检测器上显示的功率；
W溶剂：为激光透过纯溶剂后在检测器上显示的功率；
W光热剂：为激光透过光热剂溶液后在检测器上显示的功率。
2.根据权利要求1所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述激光器的特定波长为808nm。
3.根据权利要求1所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述光热剂为聚多巴胺纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述聚多巴胺纳米颗粒的粒径为34-200nm。
5.根据权利要求4所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：溶剂选自去离子水、磷酸盐缓冲液和醋酸缓冲液中的任意一种。
6.根据权利要求3所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述聚多巴胺纳米颗粒的制备过程如下：
(a)常温下，将一定量的多巴胺盐酸盐加入溶剂中搅拌均匀；
(b)将搅拌均匀的溶液放置在水浴锅中内搅拌，并设置水浴锅升温至70℃；
(c)待溶液温度升至70℃后，加入适量的氢氧化钠，并在70℃下搅拌下5h；
(d)将生成的聚多巴胺颗粒用14500分子量的透析袋透析24h，然后用50000分子量的超滤管超滤得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒浓缩液或者将生成的聚多巴胺颗粒离心收集，并用蒸馏水重新分散再离心的方法将颗粒洗三次得到单分散性较好的聚多巴胺颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种快速有效的光热剂光热转换效率测量方法，其特征在于：所述光热剂为吲哚菁绿、金纳米颗粒、硫化铜纳米颗粒、以及石墨烯中的任意一种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光热剂光热转换效率测量方法在光热治疗中应用。
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