RU2783170C1 - Method for ultralocal optical heating and device for its implementation - Google Patents
Method for ultralocal optical heating and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783170C1 RU2783170C1 RU2022102920A RU2022102920A RU2783170C1 RU 2783170 C1 RU2783170 C1 RU 2783170C1 RU 2022102920 A RU2022102920 A RU 2022102920A RU 2022102920 A RU2022102920 A RU 2022102920A RU 2783170 C1 RU2783170 C1 RU 2783170C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond particle
- glass capillary
- laser radiation
- calibration
- ultralocal
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 120
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 120
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 72
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 claims abstract description 57
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000003595 spectral Effects 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002609 media Substances 0.000 description 41
- 238000004164 analytical calibration Methods 0.000 description 17
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 17
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 11
- 101700017069 ANOP Proteins 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 5
- 238000000504 luminescence detection Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 4
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000012202 endocytosis Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 2
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 150000001718 carbodiimides Chemical class 0.000 description 1
- 230000036978 cell physiology Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к области ультралокального термического воздействия на исследуемый объект, а именно - контролируемого нагрева наноалмазным нагревателем, и может быть использовано в биомедицине, биотехнологиях, а также в инженерии широкого спектра наноразмерных систем, в том числе и химических нанореакторов нового типа.The invention relates to the field of nanotechnology, in particular to the field of ultra-local thermal impact on the object under study, namely, controlled heating by a nanodiamond heater, and can be used in biomedicine, biotechnology, as well as in engineering a wide range of nanoscale systems, including new chemical nanoreactors type.
Уровень техникиState of the art
Температура - физический параметр, широко используемый в биофизических и физиологических исследованиях. Между тем достоверный ультралокальный нагрев и контроль этого важного параметра является значительной проблемой. При этом введение температуры в разряд достоверно контролируемых параметров наноразмерных систем, в том числе и компартментов живой клетки является важным направлением в медицине и других областях науки, поскольку осуществление ультралокального оптического нагрева позволяет термически воздействовать на процессы, протекающие в микро/нанообъемах жидких и газовых сред, в живых тканях и клетках. Существуют различные объекты, температура которых подлежит локальному контролю в связи с наличием температурных перепадов внутри исследуемого объекта. Например, известно, что клетка из-за своей сложной внутренней структуры имеет локальные тепловые очаги, попеременно возникающие, или угасающие. Температурные перепады между разными частями клетки или между самой клеткой и ее ближайшим окружением не могут не влиять на клеточную физиологию, следовательно разработка методов локального и ультралокального контролируемого нагрева в наноразмерных масштабах, характерных для отдельных клеточных компартментов, является крайне актуальной задачей современных научных исследований и промышленных технологий.Temperature is a physical parameter widely used in biophysical and physiological research. Meanwhile, reliable ultralocal heating and control of this important parameter is a significant problem. At the same time, the introduction of temperature into the category of reliably controlled parameters of nanoscale systems, including the compartments of a living cell, is an important direction in medicine and other fields of science, since the implementation of ultralocal optical heating makes it possible to thermally influence the processes occurring in micro/nanovolumes of liquid and gaseous media, in living tissues and cells. There are various objects, the temperature of which is subject to local control due to the presence of temperature differences inside the object under study. For example, it is known that a cell, due to its complex internal structure, has local thermal foci that alternately arise or fade away. Temperature differences between different parts of the cell or between the cell itself and its immediate environment cannot but affect cell physiology, therefore, the development of methods for local and ultralocal controlled heating on a nanoscale, characteristic of individual cellular compartments, is an extremely urgent task of modern scientific research and industrial technologies. .
Известно устройство ультралокального нагрева, раскрытое в документе [1], которое представляет собой гибридный термометр-нагреватель, в котором термометром служили люминесцирующие алмазные наночастицы (АНЧ) с центрами «азот-вакансия» (NV), а в качестве нагревателя использовались золотые наностержни (далее - ЗНС). Такой гибридный термометр-нагреватель конструировался следующим образом. Сначала АНЧ ковалентно покрывались полиэтиленимином с помощью карбодиимидной химии - [2], а затем поверхность АНЧ покрывалась золотыми наностержнями путем электростатических взаимодействий в водном растворе между АНЧ и ЗНС. Средний размер алмазных наночастиц составлял 10 нм, а золотые наностержни имели 1 нм в диаметре и 16 нм в длину. С помощью электронного сканирующего микроскопа было установлено, что отдельные алмазные частицы содержали на своей поверхности различное количество наностержней (вплоть до 5 шт.). Клетки инкубировали большим количеством гибридных наночастиц в культуральной среде, поглощение частиц происходило путем эндоцитоза [3]. Положение гибридных наночастиц в клетке определяли с помощью оптического микроскопа по свечению NV центров в АНЧ. Локальный нагрев отдельной наночастицы осуществляли фокусировкой лазерного излучения на длине волны 594 нм на выбранную наночастицу. Температуру нагрева гибридной наночастицы контролировали по спектральному положению бесфононной линии люминесценции NV центров в алмазной наночастице. Алмазные наночастицы предварительно по температуре не калибровались, использовалось известное из научно-технической литературы среднее значение сдвига линии при изменении Т на 1°С - 0.015 nm/°C.A device for ultralocal heating disclosed in the document [1], which is a hybrid thermometer-heater, in which luminescent diamond nanoparticles (ANP) with nitrogen-vacancy (NV) centers served as a thermometer, and gold nanorods (hereinafter referred to as - ZNS). Such a hybrid thermometer-heater was designed as follows. First, ANPs were covalently coated with polyethyleneimine using carbodiimide chemistry [2] , and then the surface of ANPs was coated with gold nanorods by electrostatic interactions in an aqueous solution between ANPs and GNRs. The average size of diamond nanoparticles was 10 nm, while gold nanorods were 1 nm in diameter and 16 nm in length. Using a scanning electron microscope, it was found that individual diamond particles contained on their surface a different number of nanorods (up to 5 pieces). The cells were incubated with a large number of hybrid nanoparticles in the culture medium, the particles were absorbed by endocytosis [3]. The position of hybrid nanoparticles in the cell was determined using an optical microscope by the glow of NV centers in the ANP. Local heating of an individual nanoparticle was carried out by focusing laser radiation at a wavelength of 594 nm on the selected nanoparticle. The heating temperature of the hybrid nanoparticle was controlled by the spectral position of the zero-phonon luminescence line of NV centers in the diamond nanoparticle. The diamond nanoparticles were not preliminarily calibrated in terms of temperature; the mean value of the line shift known from the scientific and technical literature with a change in T by 1°C, 0.015 nm/°C, was used.
К недостаткам указанного устройства локального нагрева можно отнести следующие:The disadvantages of this local heating device include the following:
- отсутствие предварительной калибровки по температуре отдельных алмазных наночастиц при работе с большим ансамблем гибридных наночастиц;- lack of preliminary temperature calibration of individual diamond nanoparticles when working with a large ensemble of hybrid nanoparticles;
- эффективность нагрева ЗНС сильно зависит от его ориентации, а при увеличении температуры нагрева на 15°С происходит еще и деформация стержней. Все это приводит к невозможности точного нагрева до заданной температуры в связи с невозможностью достоверного контроля температуры нагревателя в процессе локального нагрева среды;- the heating efficiency of the ZNS strongly depends on its orientation, and with an increase in the heating temperature by 15°C, the deformation of the rods also occurs. All this leads to the impossibility of accurate heating to the set temperature due to the impossibility of reliable control of the heater temperature in the process of local heating of the medium;
- точность определения положения нагревателя в исследуемой среде ограничена поперечным размером сфокусированного лазерного луча (обычно на уровне 200-30 нм);- the accuracy of determining the position of the heater in the medium under study is limited by the transverse size of the focused laser beam (usually at the level of 200-30 nm);
- невозможность работы в газообразной среде (требуется жидкая среда, либо подложка).- the impossibility of working in a gaseous medium (a liquid medium or a substrate is required).
Известно устройство ультралокального нагрева, раскрытое в документе [4], представляющее собой гибридный термометр-нагреватель, в котором термометром служили люминесцирующие алмазные наночастицы (АНЧ) с центрами «азот-вакансия» (NV), а в качестве нагревателя использовался хорошо поглощающий свет полимер полидофамин (далее - ПДА). Такой гибридный термометр-нагреватель конструировался следующим образом. Молекулы дофамина полимеризовались на поверхности алмазных наночастиц в Трис-HCl-буферном растворе. Получались гибридные наночастицы, состоящие из алмазного ядра со средним размером 10 нм и внешней оболочки ПДА толщиной около 5 нм. Клетки инкубировали большим количеством гибридных наночастиц в культуральной среде, поглощение частиц происходило путем эндоцитоза [5]. Положение гибридных наночастиц в клетке определяли с помощью оптического микроскопа по свечению NV центров в АНЧ. Локальный нагрев отдельной наночастицы осуществляли фокусировкой лазерного излучения на длине волны 532 нм на выбранную наночастицу. Лазерное излучение поглощалось оболочкой ПДА и нагревало ее, одновременно это излучение возбуждало люминесценцию NV центров в АНЧ, которая использовалась для квантового измерения температуры нагревателя. Квантовое измерение температуры основано на определении зависящей от температуры энергии перехода между электронными спиновыми состояниями NV центров в нулевом магнитном поле с помощью сигнала флуоресценции этих центров [6].An ultralocal heating device is known, disclosed in the document [4], which is a hybrid thermometer-heater, in which luminescent diamond nanoparticles (ANP) with nitrogen-vacancy (NV) centers served as a thermometer, and polydopamine, a polymer that absorbs light well, was used as a heater. (hereinafter - PDA). Such a hybrid thermometer-heater was designed as follows. Dopamine molecules were polymerized on the surface of diamond nanoparticles in a Tris-HCl buffer solution. Hybrid nanoparticles were obtained, consisting of a diamond core with an average size of 10 nm and an outer shell of PDA with a thickness of about 5 nm. The cells were incubated with a large number of hybrid nanoparticles in the culture medium, the particles were absorbed by endocytosis [5] . The position of hybrid nanoparticles in the cell was determined using an optical microscope by the glow of NV centers in the ANP. Local heating of an individual nanoparticle was carried out by focusing laser radiation at a wavelength of 532 nm onto a selected nanoparticle. The laser radiation was absorbed by the PDA shell and heated it; at the same time, this radiation excited the luminescence of NV centers in the ANP, which was used for quantum measurement of the heater temperature. Quantum temperature measurement is based on determining the temperature-dependent transition energy between the electronic spin states of NV centers in a zero magnetic field using the fluorescence signal of these centers [6].
Недостатки указанного в [4] устройства нагрева заключаются в следующем:The disadvantages of the heating device specified in [4] are as follows:
- отсутствует предварительная калибровка по температуре отдельных наночастиц при работе с большим ансамблем гибридных наночастиц. В этом случае при использовании квантового метода определения температуры отдельного нагревателя в процессе его нагрева погрешность в определении температуры может достигать 3-5°С, как следует из [7].- there is no preliminary temperature calibration of individual nanoparticles when working with a large ensemble of hybrid nanoparticles. In this case, when using the quantum method for determining the temperature of a separate heater during its heating, the error in determining the temperature can reach 3–5°C, as follows from [7].
- сильное поглощение полимера затрудняет измерение температуры по слабому сигналу люминесценции алмазной наночастицы, вследствие чего использование такого нагревателя возможно только при высоких мощностях лазера, т.е. при больших температурах нагрева, более 10°С;- strong absorption of the polymer makes it difficult to measure the temperature from a weak luminescence signal of a diamond nanoparticle, as a result of which the use of such a heater is possible only at high laser powers, i.e. at high heating temperatures, more than 10°C;
- точность определения положения нагревателя в исследуемой среде ограничена поперечным размером сфокусированного лазерного луча (обычно на уровне 200-30°нм);- the accuracy of determining the position of the heater in the medium under study is limited by the transverse size of the focused laser beam (usually at the level of 200-30°nm);
- невозможность работы в газообразной среде (требуется жидкая среда, либо подложка);- the impossibility of working in a gaseous medium (a liquid medium or a substrate is required);
- для определения температуры нагревателя используется СВЧ-излучение, хорошо поглощаемое жидкими средами, что может приводить к дополнительному неконтролируемому нагреву исследуемой среды.- to determine the temperature of the heater, microwave radiation is used, which is well absorbed by liquid media, which can lead to additional uncontrolled heating of the medium under study.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство локального оптического нагрева, раскрытое в источнике сведений [8]. Данное устройство содержит агрегат алюминиевых наночастиц, имеющий микронные размеры и размещенный в стеклянном капилляре в виде микропипетки, установленном в микроманипуляторе, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения микропипетки, источник лазерного излучения и блок регистрации люминесценции. Излучение лазерного источника фокусируется на микропипетку с алюминиевыми частицами, которая предварительно помещается в исследуемую среду или среду, в которой располагается исследуемый образец.Closest to the claimed device is a device for local optical heating, disclosed in the source of information [8]. This device contains an aggregate of aluminum nanoparticles having micron dimensions and placed in a glass capillary in the form of a micropipette installed in a micromanipulator, which is configured to reciprocate the micropipette, a laser radiation source and a luminescence registration unit. The radiation of the laser source is focused on a micropipette with aluminum particles, which is previously placed in the test medium or the medium in which the test sample is located.
Известен способ локального оптического нагрева, раскрытый в документе [9], в котором осуществляется воздействие оптического лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне на водную среду. Длина волны лазерного излучения выбирается такой, чтобы она попадала в полосу эффективного поглощения среды, и при этом обеспечивалась локальность нагрева среды в сечении сфокусированного лазерного пучка на уровне ~1 мкм2. В известном способе локального оптического нагрева воды используется длина волны возбуждения равная 1455 нм. Излучение фокусируется в водную среду, локально нагревая объем воды микрометровых размеров вблизи исследуемого образца (живой клетки).A known method of local optical heating, disclosed in the document [9], which is the impact of optical laser radiation in the near infrared range on the aquatic environment. The laser radiation wavelength is chosen such that it falls into the effective absorption band of the medium, and at the same time, local heating of the medium in the cross section of the focused laser beam at a level of ~1 μm 2 is ensured. In the known method of local optical heating of water, an excitation wavelength of 1455 nm is used. The radiation is focused into an aqueous medium, locally heating a micrometer-sized volume of water near the sample (living cell) under study.
Однако данный способ локального оптического нагрева обладает следующими недостатками:However, this method of local optical heating has the following disadvantages:
- вместо объемной локальности нагрева имеет место двумерная локальность, т.е. нагревается столб водной среды в области фокусировки лазерного пучка, где плотность мощности излучения максимальна. Таким образом, известный способ локального оптического нагрева реализуется лишь в направлениях, перпендикулярных оси распространения лазерного излучения;- instead of the volumetric locality of heating, there is a two-dimensional locality, i.e. the water column is heated in the area of laser beam focusing, where the radiation power density is maximum. Thus, the known method of local optical heating is implemented only in directions perpendicular to the axis of propagation of laser radiation;
- ввиду нагрева протяженного столба жидкой среды возникают диффузионные потоки, приводящие к перемешиванию слоев среды с различной температурой. В результате создаваемые нагревателем градиенты температур оказываются нестационарными и невоспроизводимыми;- due to the heating of an extended column of a liquid medium, diffusion flows arise, leading to mixing of the layers of the medium with different temperatures. As a result, the temperature gradients created by the heater turn out to be non-stationary and irreproducible;
- указанный способ локального оптического нагрева не является универсальным, поскольку для каждой среды необходим лазерный источник, излучающий на длине волны, которая попадает в полосу ее эффективного поглощения, что требует столько источников, сколько сред подлежит исследованию.- the specified method of local optical heating is not universal, since each medium requires a laser source emitting at a wavelength that falls within its effective absorption band, which requires as many sources as the media to be investigated.
Указанные недостатки значительно усложняют осуществление известного способа и применение его в реальных системах.These shortcomings greatly complicate the implementation of the known method and its application in real systems.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ локального оптического нагрева, известный из [8], который основан на воздействии лазерного излучения на алюминиевые наночастицы, закрепленные в торце стеклянного капилляра, размещенного в исследуемой среде, при этом лазерное излучение эффективно поглощается алюминиевыми наночастицами, закрепленными в стеклянном капилляре, и осуществляют локальный нагрев исследуемой среды с помощью наночастиц.The closest to the claimed method is the method of local optical heating, known from [8], which is based on the effect of laser radiation on aluminum nanoparticles fixed at the end of a glass capillary placed in the medium under study, while laser radiation is effectively absorbed by aluminum nanoparticles fixed in a glass capillary, and carry out local heating of the investigated medium with the help of nanoparticles.
Основным недостатком способа и устройства локального оптического нагрева, известных из [8], является отсутствие возможности достоверного контроля температуры исследуемой среды. Появляется необходимость использования другой независимой, внешней системы контроля температуры теплового источника, например, нанотермометра для получения данных о зависимости температуры агломерата алюминиевых частиц от мощности лазерного излучения. При этом точность определения положения стеклянного капилляра в исследуемой среде ограничена микронными размерами наночастиц (обычно на уровне более 100 нм);The main disadvantage of the method and device for local optical heating, known from [8], is the inability to reliably control the temperature of the medium under study. There is a need to use another independent, external system for monitoring the temperature of the heat source, for example, a nanothermometer to obtain data on the dependence of the temperature of the aluminum particle agglomerate on the power of laser radiation. At the same time, the accuracy of determining the position of a glass capillary in the medium under study is limited by the micron size of nanoparticles (usually at a level of more than 100 nm);
Таким образом проблемой оптического нагрева в известных способах и средствах является отсутствие возможности точного (по температурному значению) и прецизионного (по пространственному расположению) ультралокального нагрева заданной точки исследуемой среды и достоверного контроля температуры такого нагрева.Thus, the problem of optical heating in the known methods and means is the lack of the possibility of accurate (in terms of temperature value) and precision (in terms of spatial arrangement) ultralocal heating of a given point of the medium under study and reliable control of the temperature of such heating.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства ультралокального оптического нагрева, которые обеспечивали бы возможность нагрева и достоверного контроля температуры нагрева в заданной точке исследуемой среды.The objective of the present invention is to develop a method and device for ultralocal optical heating, which would provide the possibility of heating and reliable control of the heating temperature at a given point in the medium under study.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая группа изобретений, является повышение точности ультралокального оптического нагрева в заданной точке исследуемой среды.The technical result to be achieved by the claimed group of inventions is to improve the accuracy of ultralocal optical heating at a given point in the medium under study.
Технический результат достигается тем, что в известном способе оптического нагрева, основанном на воздействии лазерного излучения на наночастицы, закрепленные в торце стеклянного капилляра, размещенного в исследуемой среде, в качестве наночастицы выбирают поликристаллическую алмазную наночастицу, межкристаллитные границы которой содержат аморфный углерод, а в объеме алмазной наночастицы содержатся люминесцирующие примесные центры, осуществляют двухстадийную калибровку алмазной частицы, при которой на первой стадии калибровки лазерным излучением возбуждают люминесценцию примесных центров алмазной наночастицы, закрепленной в стеклянном капилляре, размещенном в термостате, и проводят измерения для построения кривой зависимости спектрального положения максимума бесфононной линии люминесценции примесных центров от заданной температуры, а на второй стадии калибровки алмазную частицу, закрепленную в стеклянном капилляре, размещают в исследуемой среде, осуществляют измерения для построения кривой зависимости температуры нагрева алмазной наночастицы от мощности лазерного излучения, а после калибровки располагают стеклянный капилляр с алмазной частицей в заданной точке исследуемой среды, и воздействуют на алмазную частицу лазерным излучением с мощностью, соответствующей заданной температуре локального нагрева, c учетом данных второй калибровочной кривой.The technical result is achieved by the fact that in the known method of optical heating, based on the action of laser radiation on nanoparticles fixed at the end of a glass capillary placed in the medium under study, a polycrystalline diamond nanoparticle is selected as a nanoparticle, the intercrystallite boundaries of which contain amorphous carbon, and in the volume of diamond nanoparticles contain luminescent impurity centers, carry out two-stage calibration of a diamond particle, in which, at the first stage of calibration, laser radiation excites the luminescence of impurity centers of a diamond nanoparticle fixed in a glass capillary placed in a thermostat, and measurements are taken to plot the dependence of the spectral position of the maximum of the zero-phonon luminescence line of impurity centers on a given temperature, and on at the second stage of calibration, a diamond particle fixed in a glass capillary is placed in the medium under study, measurements are taken to plot the dependence of the heating temperature of the diamond nanoparticle on the laser radiation power, and after calibration, the glass capillary with the diamond particle is placed at a given point in the medium under study, and act on the diamond particle with laser radiation with a power corresponding to a given temperature of local heating, taking into account the data of the second calibration curve.
Оптимально на поверхность алмазной частицы предварительно нанести слой металла, толщиной не более 2 нм, причем в качестве металла предпочтительно выбрать серебро или золото, или алюминий.It is optimal to pre-apply a metal layer on the surface of the diamond particle, no more than 2 nm thick, and it is preferable to choose silver or gold, or aluminum as the metal.
В одном из вариантов способа алмазную частицу целесообразно предварительно нагреть до 90 - 1000°С в вакууме в течение 5-3 минут.In one of the variants of the method, it is advisable to preheat the diamond particle to 90 - 1000°C in vacuum for 5-3 minutes.
Предпочтительно выбирать алмазную частицу с SiV-центрами.It is preferable to choose a diamond particle with SiV centers.
Оптимально, чтобы алмазная частица имела нанометровый размер от 5 до 100 нм.Optimally, the diamond particle has a nanometer size of 5 to 100 nm.
Целесообразно на первой стадии калибровки возбуждение люминесценции SiV-центров в алмазной частице осуществлять лазерным излучением с длиной волны <738 нм и мощностью <1 мВт, а на второй стадии калибровки выбирать мощность > 1 мВт.It is advisable to excite the luminescence of SiV centers in a diamond particle at the first stage of calibration by laser radiation with a wavelength of <738 nm and a power of <1 mW, and at the second stage of calibration, choose a power > 1 mW.
Технический результат достигается также тем, что в известном устройстве для локального оптического нагрева, содержащем наночастицу, размещенную в стеклянном капилляре, установленном в микроманипуляторе, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения, источник лазерного излучения и блок регистрации люминесценции, в торце стеклянного капилляра размещена поликристаллическая алмазная частица, содержащая аморфный углерод на межкристаллитных границах, которая оптически связана с источником лазерного излучения и блоком регистрации люминесценции, при этом алмазная частица содержит, по меньшей мере, один люминесцирующий примесный центр, а стеклянный капилляр выполнен с возможностью установки в заданной точке исследуемой среды для ультралокального нагрева.The technical result is also achieved by the fact that in a well-known device for local optical heating, containing a nanoparticle placed in a glass capillary installed in a micromanipulator, made with the possibility of reciprocating movement, a source of laser radiation and a luminescence registration unit, a polycrystalline diamond is placed at the end of the glass capillary. a particle containing amorphous carbon at intercrystallite boundaries, which is optically coupled to a laser radiation source and a luminescence detection unit, while the diamond particle contains at least one luminescent impurity center, and the glass capillary is designed to be installed at a given point of the medium under study for ultralocal heating.
Предпочтительно выполнить источник лазерного излучения в виде оптически соединенных и установленных последовательно лазера, зеркала, линзы и диафрагмы, связанной с оптоволокном, введенным в стеклянный капилляр.It is preferable to make the source of laser radiation in the form of optically connected and installed in series laser, mirror, lens and diaphragm associated with an optical fiber introduced into a glass capillary.
Блок регистрации люминесценции предпочтительно содержит оптически соединенные и установленные последовательно объектив, светофильтр, дифракционную решетку, линзу и фотодетектор, при этом алмазная частица расположена в фокусе объектива.The luminescence registration unit preferably contains optically connected and installed in series lens, a light filter, a diffraction grating, a lens and a photodetector, while the diamond particle is located at the focus of the lens.
Микроманипулятор может быть выполнен с возможностью осуществления возвратно- поступательного движения в трех взаимно-перпендикулярных направлениях.The micromanipulator can be configured to reciprocate in three mutually perpendicular directions.
Алмазная частица может иметь нанометровый размер в диапазоне 5 - 100 нм.The diamond particle may have a nanometer size in the range of 5 - 100 nm.
Алмазная частица может содержать слой металла на поверхности, толщиной не более 2 нм, причем в качестве металла предпочтительно выбрать серебро или золото, или алюминий.The diamond particle may contain a metal layer on the surface, not more than 2 nm thick, and it is preferable to choose silver or gold or aluminum as the metal.
Стеклянный капилляр может быть выполнен из боросиликатного стекла.The glass capillary may be made of borosilicate glass.
Совокупность существенных признаков заявляемой группы изобретений неизвестна из уровня техники.The set of essential features of the claimed group of inventions is unknown from the prior art.
В уровне техники также отсутствуют сведения об ульралокальном оптическом нагреве с использованием поликристаллической алмазной наночастицы, содержащей аморфный углерод на ее межкристаллитных границах. Аморфный углерод на межкристаллитных границах, в отличие от упорядоченного углерода в объеме алмазных кристаллитов, хорошо поглощает излучение видимого спектра [10], что позволяет расширить диапазон температур локального нагрева в заданной точке в заявляемом изобретении с высокой точностью.The prior art also lacks information on ultralocal optical heating using a polycrystalline diamond nanoparticle containing amorphous carbon at its intercrystalline boundaries. Amorphous carbon at intergranular boundaries, in contrast to ordered carbon in the volume of diamond crystallites, absorbs visible radiation well [10], which makes it possible to expand the temperature range of local heating at a given point in the claimed invention with high accuracy.
Повышение точности ультралокального оптического нагрева исследуемой среды основано на совмещении свойств измерителя температуры и нагревателя в одной алмазной частице, подлежащей двухэтапной калибровке, что позволяет достоверно и с малой погрешностью, не более 0.5°С, контролировать температуру ультралокального нагрева в заданной точке исследуемой среды.Increasing the accuracy of ultralocal optical heating of the medium under study is based on combining the properties of the temperature meter and the heater in one diamond particle subject to two-stage calibration, which makes it possible to reliably and with a small error, no more than 0.5°С, control the temperature of ultralocal heating at a given point of the medium under study.
Заявляемая группа изобретений поясняется следующими чертежами.The claimed group of inventions is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение устройства локального оптического нагрева, где представлены:In FIG. 1 shows a schematic representation of a local optical heating device, which shows:
1 - алмазная частица; 2 - стеклянный капилляр; 3 - исследуемая среда; 4 - микроманипулятор; 5 - оптоволокно; 6 - диафрагма; 7 - линза; 8 - зеркало; 9 - лазерный источник; 1 - оптический объектив; 11 - диафрагма блока регистрации; 12 - дифракционная решетка; 13 - линза блока регистрации; 14 - фотодетектор.1 - diamond particle; 2 - glass capillary; 3 - the investigated environment; 4 - micromanipulator; 5 - optical fiber; 6 - diaphragm; 7 - lens; 8 - mirror; 9 - laser source; 1 - optical lens; 11 - diaphragm of the registration unit; 12 - diffraction grating; 13 - lens of the registration unit; 14 - photodetector.
На фиг. 2 показана бесфононная линия спектра люминесценции SiV-центров, где пунктирной линией указана длина волны, соответствующая максимальной интенсивности бесфононной линии I0, а область аппроксимации бесфононной линии выделена черным цветом.In FIG. Figure 2 shows the zero-phonon line of the luminescence spectrum of SiV centers, where the dotted line indicates the wavelength corresponding to the maximum intensity of the zero-phonon line I 0 , and the approximation region of the zero-phonon line is highlighted in black.
На фиг. 3 изображена первая калибровочная кривая, устанавливающая зависимость между спектральным положением максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров и температурой.In FIG. 3 shows the first calibration curve establishing the dependence between the spectral position of the maximum of the zero-phonon luminescence line of SiV centers and temperature.
На фиг. 4 изображена вторая калибровочная кривая, устанавливающая зависимость температуры нагрева алмазной частицы от мощности лазерного излучения.In FIG. 4 shows the second calibration curve, which establishes the dependence of the heating temperature of the diamond particle on the power of the laser radiation.
На фиг. 5 представлена калибровочная кривая, устанавливающая зависимость температуры нагрева алюминиевых частиц от мощности лазерного излучения, характеризующая прототип.In FIG. 5 shows a calibration curve that establishes the dependence of the heating temperature of aluminum particles on the power of laser radiation, which characterizes the prototype.
Осуществление предпочтительных вариантов изобретенийThe implementation of the preferred embodiments of the inventions
Способ и устройство оптического ультралокального нагрева могут быть реализованы следующим образом.The method and device for optical ultralocal heating can be implemented as follows.
Устройство ультралокального нагрева, реализующее заявляемый способ, содержит стеклянный капилляр 2, в котором размещена алмазная частица 1, в качестве которой выбирают поликристаллическую, содержащую аморфный углерод на межкристаллитных границах алмазную частицу нанометрового размера, предпочтительно, размером 50-100 нм. Алмазная частица содержит люминесцентные центры окраски «кремний-вакансия» (SiV) в предпочтительном варианте, лазерный источник 9, оптически связанный с последовательно установленными зеркалом 8, линзой 7, диафрагмой 6. Диафрагма 6 оптически связана с одним концом оптоволокна 5, которое проходит через стеклянный капилляр в направлении алмазной частицы 1, расположенной в торце стеклянного капилляра 2. Стеклянный капилляр 2 устанавливается в микроманипуляторе 4, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения стеклянного капилляра 2 при его размещении в жидкой, гелеобразной или газообразной среде 3 для ультралокального нагрева. Алмазная частица 1 оптически связана с блоком регистрации люминесценции, который содержит последовательно установленные объектив 10, выполненный без иммерсии или водно-иммерсионным в случае работы в водной среде, светофильтр 11, дифракционную решетку 12, линзу 13, фотодетектор 14, выполненный, например, в виде чувствительной ПЗС (прибор с зарядовой связью) матрицы.An ultralocal heating device that implements the claimed method contains a
Заявляемый способ ультралокального оптического нагрева реализуется с помощью указанного устройства следующим образом.The inventive method of ultralocal optical heating is implemented using the specified device as follows.
Алмазную частицу 1 встраивают во внутренний канал предпочтительно стеклянного капилляра 2 следующим образом. На подложку наносят каплю дистиллированной воды объемом, например, 5 мкл. Механически перемешивают алмазные кристаллы до образования водной суспензии наноалмазов. К поверхности капли по нормали подводят стеклянный капилляр, во внутренний канал которого под действием капиллярных сил втягивается столб воды с алмазными наночастицами. При этом, выбирают стеклянный капилляр, содержащий только одну наночастицу.The
Предпочтительно выбирать алмазные частицы содержащие, по меньшей мере один SiV-центр, бесфононная линия люминесценции которого чувствительна к температурным изменениям.It is preferable to choose diamond particles containing at least one SiV center, the zero-phonon luminescence line of which is sensitive to temperature changes.
Возможна реализация вариантов способа, в которых поверхность алмазной частицы предварительно модифицируют.It is possible to implement variants of the method in which the surface of the diamond particle is pre-modified.
Модификация поверхности алмазной частицы 1 осуществляется нижеперечисленными способами, не ограничивающими и другие варианты модификации.Modification of the surface of the
В одном из вариантов реализации способа алмазные частицы помещают в вакуумную камеру с температурой около 90 - 1000°С, где они находятся от 5 до 3 минут до образования тонкого, поглощающего (не более 50% излучения) графитового слоя на поверхности частицы.In one of the embodiments of the method, diamond particles are placed in a vacuum chamber with a temperature of about 90 - 1000°C, where they are from 5 to 3 minutes until a thin, absorbing (no more than 50% radiation) graphite layer is formed on the surface of the particle.
В другом варианте способа на алмазные частицы наносят тонкий слой металла, (например, золото, или серебро, или алюминий). Толщина слоя выбирается такой, чтобы поглощалось не более 50% излучения.In another version of the method, a thin layer of metal is applied to the diamond particles (for example, gold, or silver, or aluminum). The layer thickness is chosen such that no more than 50% of the radiation is absorbed.
В указанных вариантах поглощающий слой (графита или металла) не оказывает заметного влияния на точность определения температуры нагревателя, но его толщины достаточно, чтобы обеспечить нагрев в широком интервале температур (20-100°С) при небольшой мощности лазерного излучения (до 10 мВт).In these variants, the absorbing layer (graphite or metal) does not have a noticeable effect on the accuracy of determining the temperature of the heater, but its thickness is sufficient to provide heating in a wide temperature range (20–100°C) at low laser radiation power (up to 10 mW).
Формирование дополнительного поглощающего слоя на поверхности наноалмаза требуется для снижения требований к предельной мощности лазера, используемого в нагревателе, что делает менее критичным выбор лазеров, позволяя использовать более дешевые лазеры, и уменьшает возможное влияние рассеянного лазерного излучения на исследуемую среду.The formation of an additional absorbing layer on the nanodiamond surface is required to reduce the requirements for the limiting power of the laser used in the heater, which makes the choice of lasers less critical, allowing the use of cheaper lasers, and reduces the possible effect of scattered laser radiation on the medium under study.
Немодифицированная или модифицированная в разных вариантах выполнения одним из выше представленных способов алмазная частица предварительно двустадийно калибруется. На первой стадии алмазная частица 1, размещенная в стеклянном капилляре 2, или вне его помещается в термостат, на нее направляется сфокусированное лазерное излучение с целью возбуждения люминесценции SiV-центров и проводятся измерения зависимости спектрального положения максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров от температуры при ее постепенном увеличении в термостате при низкой мощности возбуждения (<1 мВт), когда нагревом частицы излучением можно пренебречь.Unmodified or modified in different embodiments by one of the above methods, the diamond particle is preliminarily calibrated in two stages. At the first stage,
Стеклянный капилляр 2 с алмазной частицей 1 закрепляется в гнезде на головке (на чертеже не показаны) пьезоэлектрического микроманипулятора (далее - ММ) 4 и жестко фиксируется затяжным винтом (на чертеже не показан). Блок управления ММ, состоящий из джойстика, контроллера перемещения и программного обеспечения (на чертеже не показаны), позволяет осуществлять прецизионное позиционирование капилляра в заданной точке исследуемой среды 3.
Излучение подается от непрерывного или импульсного источника лазерного излучения 9, которое, отражаясь от зеркала 8, проходит через линзу 7, в фокальной плоскости которой располагается диафрагма 6 (отверстие диафрагмы располагается в точке фокуса линзы 7 на оптической оси), и попадает в оптическое волокно 5, один конец которого подведен к алмазной частице 1 через стеклянный капилляр 2. Вышедшее из оптического волокна 5 лазерное излучение накачки, распространяясь вдоль оси капилляра, как по волноводу, возбуждает люминесценцию SiV-центров в алмазной частице 1, которая собирается оптическим объективом 1°и направляется им на дифракционную решетку 12, осуществляющую разложение люминесцентного сигнала в спектр. Чувствительный фотодетектор 14 регистрирует спектр люминесценции (далее - СЛ) SiV-центров. Из полученного спектра извлекается спектральное положение максимума бесфононной линии люминесценции, процедура определения которого (далее - ПОМ) состоит в следующем.The radiation is supplied from a continuous or pulsed source of
1) С целью получения откорректированного спектра люминесценции (далее - ОСЛ), - из СЛ вычитается фоновый спектр, зарегистрированный в том же спектральном диапазоне и в той же точке пространства, в отсутствии люминесценции SiV-центров (при отведении алмазной наночастицы в сторону от лазерного излучения).1) In order to obtain a corrected luminescence spectrum (hereinafter referred to as OSL), the background spectrum recorded in the same spectral range and at the same point in space is subtracted from the SL in the absence of luminescence of SiV centers (when the diamond nanoparticle is moved away from laser radiation ).
2) Для ОСЛ в спектральном диапазоне от 73°нм до 75°нм определяется значение максимальной интенсивности бесфононной линии люминесценции 
3) Из дальнейшей аппроксимации исключается длинноволновая часть спектра, лежащая ниже уровня интенсивности 
4) Из дальнейшей аппроксимации исключается коротковолновая часть спектра, лежащая ниже уровня интенсивности 
5) Полученный в результате выполнения действий согласно перечисленным в пунктах 1-4 спектр (черная область кривой на фиг. 2) аппроксимируется кривой лоренцевой формы [11]. Из параметров аппроксимации извлекается λIo - спектральное положение максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров, выраженное в нанометрах.5) The spectrum obtained as a result of performing the actions listed in paragraphs 1-4 (the black area of the curve in Fig. 2) is approximated by a Lorentzian curve [11] . From the approximation parameters, λ Io is extracted - the spectral position of the maximum of the zero-phonon luminescence line of SiV centers, expressed in nanometers.
Возбуждение люминесценции SiV-центров в алмазной частице осуществляют лазерным излучением с длиной волны в диапазоне 450-738 нм и мощностью < 1 мВт в предпочтительных вариантах. В этом диапазоне длин волн наблюдается наибольшая интенсивность люминесценции SiV центров, как следует из [12]. Низкая мощность необходима для исключения нагрева алмазной частицы излучением в процессе проведения первого этапа калибровки.The excitation of the luminescence of SiV centers in the diamond particle is carried out by laser radiation with a wavelength in the range of 450-738 nm and a power of < 1 mW in the preferred embodiments. In this wavelength range, the highest luminescence intensity of SiV centers is observed, as follows from [12]. low power necessary to exclude heating of the diamond particle by radiation during the first stage of calibration.
На первом этапе строят экспериментальную калибровочную кривую зависимости величины спектрального сдвига положения максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров, содержащихся в алмазной частице нанометрового размера, от температуры. Для этих целей алмазная частица 1 в стеклянном капилляре 2 помещается в термостат, температура в котором может поддерживаться на заданном уровне с точностью до 0.1°С. При ступенчатом увеличении температуры с шагом 10°С, например, в диапазоне 22 -152°С на каждом шаге температура в термостате фиксируется на время измерения спектра люминесценции алмазной наночастицы 1 и определения спектрального положения максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров в соответствии с ПОМ. Полученная зависимость положения максимума бесфононной линии λIo (измеренная в нм) от температуры Т показана точками на Фиг. 3. Эта ступенчатая зависимость аппроксимируется гладкой кривой (Фиг. 3) с использованием известной кубической зависимости λIo~Т3 [13] и представляет собой калибровочную кривую.At the first stage, an experimental calibration curve is constructed for the dependence of the spectral shift of the position of the maximum of the zero-phonon luminescence line of SiV centers contained in a nanometer-sized diamond particle on temperature. For these purposes,
На втором этапе калибровки алмазная частица 1 помещается в исследуемую среду для нагрева 3, где под действием более высокой мощности (предпочтительно > 1 мВт) лазерного излучения по сравнению с первым этапом калибровки, алмазная частица 1 нагревается до некоторой температуры. Устанавливается несколько значений мощности лазерного излучения и для каждого из них измеряется спектр SiV-люминесценции алмазной наночастицы 1 и определяется спектральное положение максимума бесфононной линии люминесценции SiV-центров в соответствии с ПОМ. Для каждого измеренного положения максимума определяется соответствующая температура из первой калибровочной кривой (фиг. 3). Таким образом для нескольких значений мощности лазерного излучения (Р) устанавливается соответствие между этой мощностью и температурой Т алмазной частицы, нагреваемой этим излучением. Несколько установленных значений Т(Р) откладывается на графике Фиг 4. (5 черных точек). Через них по методу наименьших квадратов проводится прямая линия, которая и является второй калибровочной кривой, представляющей кривую зависимости температуры от мощности излучения в одном из вариантов реализации с использованием, например, модифицированной алмазной частицы.In the second calibration step, the
После калибровки стеклянный капилляр 2 с алмазной частицей 1 располагают в заданной точке исследуемой среды и воздействуют на алмазную частицу лазерным излучением с мощностью, соответствующей заданной температуре локального нагрева. Соответствие между мощностью и температурой определяется второй калибровочной кривой (фиг.4).After calibration,
Пространственное разрешение по температуре нагревателя определяется размерами наноалмаза, которые могут достигать единиц нанометров, как следует из [14]. Точность позиционирования определяется техническими характеристиками микроманипулятора, а именно разрешением и воспроизводимостью, которые также могут достигать единиц нанометров.The spatial resolution with respect to the heater temperature is determined by the size of the nanodiamond, which can reach several nanometers, as follows from [14]. Positioning accuracy is determined by the technical characteristics of the micromanipulator, namely resolution and reproducibility, which can also reach several nanometers.
Заявляемый способ локального оптического нагрева поясняется следующими примерами конкретного выполнения.The claimed method of local optical heating is illustrated by the following examples of specific implementation.
Пример 1Example 1
Проводили экспериментальные исследования локального нагрева водных объемов с помощью устройства по прототипу, включающего стеклянный капилляр с алюминиевыми частицами. Для реализации этого устройства использовалась водная суспензия частиц алюминия размером 0.1 мкм с концентрацией 5 мг/мл. Стеклянный капилляр кратковременно вводился в суспензию до образования агрегата частиц диаметром около 1 мкм на его торце. Размер контролировался в оптическом микроскопе. Затем капилляр с алюминиевыми частицами опускался в дюймовую чашку Петри, заполненной 2 мл дистиллированной воды. Нагрев агрегата алюминиевых наночастиц осуществлялся лазерным лучом на длине волны 473 нм. Излучение накачки направлялось на вход водно-иммерсионного объектива x63 (NA=0.9), который фокусировался на агрегате наночастиц в торце капилляра. Калибровка нагревателя проводилась следующим образом. Включали лазер и начинали плавно увеличивать мощность лазерного излучения. При появлении пузырьков вблизи нагревателя, т.е. закипании воды, фиксировалась мощность лазера накачки Р100, которая обеспечивает нагрев алюминиевой частицы до 100°С. На калибровочном графике, (фиг. 5) отмечали первую точку - соответствующую мощности излучения Р10 и температуре нагревателя 10°С. Затем отмечали вторую точку - соответствующую нулевой мощности излучения и комнатной температуре нагревателя (22°С). Прямая, проведенная через две отмеченные точки, представляла калибровочную зависимость Р (Т) мощности излучения от температуры алюминиевых частиц. В приведенном примере при первом включении лазера и увеличении его мощности вода закипала при P10 = 4.3 мВт, на основании этого результата строилась калибровочная зависимость Р(Т) (обозначена цифрой 1 на Фиг 5). При втором включении лазера и увеличении его мощности определялась P10 = 4.7 мВт и снова строилась калибровочная зависимость Р(Т) (обозначена цифрой 2 на Фиг. 5). По температурному отклонению (вертикальный отрезок между кривыми 1 и 2 на Фиг. 5) между двумя калибровочными зависимостями в точке P = 4.3 мВт находим, что ошибка в определения температуры нагревателя может достигать 8°С.Conducted experimental studies of local heating of water volumes using a device prototype, including a glass capillary with aluminum particles. To implement this device, an aqueous suspension of aluminum particles 0.1 µm in size with a concentration of 5 mg/mL was used. A glass capillary was briefly introduced into the suspension until an aggregate of particles about 1 μm in diameter was formed at its end. The size was controlled in an optical microscope. Then the capillary with aluminum particles was lowered into an inch Petri dish filled with 2 ml of distilled water. The aggregate of aluminum nanoparticles was heated by a laser beam at a wavelength of 473 nm. The pump radiation was directed to the input of a water-immersion objective x63 (NA=0.9), which was focused on the aggregate of nanoparticles at the end of the capillary. The heater was calibrated as follows. The laser was turned on and the power of laser radiation was gradually increased. When bubbles appear near the heater, i.e. boiling water, the power of the pump laser P100, which provides heating the aluminum particle to 100°C. On the calibration graph, (Fig. 5) marked the first point - the corresponding radiation power Pten and a heater temperature of 10°C. Then the second point was marked - corresponding to zero radiation power and room temperature of the heater (22°C). The straight line drawn through the two marked points represented the calibration dependence P(T) of the radiation power on the temperature of the aluminum particles. In the above example, when the laser was first turned on and its power was increased, the water boiled at Pten = 4.3 mW, based on this result, the calibration dependence P(T) was built (indicated by the
Пример 2Example 2
Алмазные наночастицы были синтезированы методом газофазного осаждения (CVD методом) в микроволновом реакторе в газовой смеси метан-водород с добавлением газа силана, необходимого для формирования центров «кремний-вакансия» (SiV) в процессе синтеза. Применялся режим спонтанного зарождения алмазных наночастиц, В таком режиме синтезированные алмазные наночастицы имели преимущественно поликристаллическую структуру. Затем выбирали наночастицы алмаза, содержащие центры SiV, переводили их в водную суспензию, из которой под действием капиллярных сил во внутренний канал стеклянного капилляра втягивался столб воды с одной алмазной наночастицей, которая за счет хорошей адгезии алмаза к стеклу прилипала к торцу стеклянного микрокапилляра. Микрокапилляр с алмазной наночастицей размещали в термостате. Для возбуждения люминесценции и нагрева наночастицы использовали лазерное излучение на длине волны 473 нм, которое фокусировали на алмазную наночастицу через объектив x5°(NA=0.55). Предварительно определяли мощность возбуждающего излучения, не приводящую к сдвигу бесфононной линии SiV-люминесценции, а, следовательно, и к нагреву наночастицы. Измеренное значение мощности использовалось для первой стадии калибровки алмазной наночастицы в термостате, температура в котором стабилизировалось на заранее заданном уровне с точностью до 0.1°C. Температура в камере термостата менялась с шагом 1°C. На каждом шаге записывался спектр SiV-люминесценции (см. фиг. 2) и определялось спектральное положение максимума бесфононной линии путем аппроксимации кривой Лоренцевой формы по методу Левенберга-Марквадта [11]. Строилась зависимость спектрального положения максимума бесфононной линии от установившейся в термостате температуры, которая и являлась первой калибровочной кривой (фиг. 3).Diamond nanoparticles were synthesized by the method of gas-phase deposition (CVD) in a microwave reactor in a methane-hydrogen gas mixture with the addition of silane gas, which is necessary for the formation of silicon-vacancy (SiV) centers during synthesis. The mode of spontaneous nucleation of diamond nanoparticles was used. In this mode, the synthesized diamond nanoparticles had a predominantly polycrystalline structure. Then, diamond nanoparticles containing SiV centers were selected, transferred to an aqueous suspension, from which, under the action of capillary forces, a column of water with one diamond nanoparticle was drawn into the internal channel of the glass capillary, which, due to good adhesion of diamond to glass, adhered to the end face of the glass microcapillary. A microcapillary with a diamond nanoparticle was placed in a thermostat. To excite luminescence and heat the nanoparticles, laser radiation at a wavelength of 473 nm was used, which was focused on a diamond nanoparticle through an x5° objective (NA=0.55). We preliminarily determined the power of excitation radiation that does not lead to a shift of the zero-phonon SiV luminescence line and, consequently, to nanoparticle heating. The measured power value was used for the first stage of diamond nanoparticle calibration in a thermostat, the temperature in which was stabilized at a predetermined level with an accuracy of 0.1°C. The temperature in the thermostat chamber was changed in steps of 1°C. At each step, the SiV luminescence spectrum was recorded (see Fig. 2) and the spectral position of the zero-phonon line maximum was determined by approximating the Lorentzian curve using the Levenberg-Marquadt method [11]. The dependence of the spectral position of the zero-phonon line maximum on the temperature established in the thermostat was plotted, which was the first calibration curve (Fig. 3).
На следующем этапе измерялась вторая калибровочная кривая - зависимость температуры алмазной наночастицы от мощности лазерного излучения на длине волны 473 нм. Для этого алмазная наночастица помещалась в водную среду, находящуюся при комнатной температуре (22°C). На каждом шаге увеличения мощности лазерного излучения записывался спектр SiV-люминесценции и по описанному выше алгоритму определялось положение максимума бесфононной линии и соответствующая этому положению температура нагрева алмазной частицы (фиг. 3). Строилась вторая калибровочная кривая - зависимость температуры алмазной частицы от мощности лазерного излучения (фиг. 4).At the next stage, the second calibration curve was measured - the dependence of the diamond nanoparticle temperature on the laser radiation power at a wavelength of 473 nm. To do this, a diamond nanoparticle was placed in an aqueous medium at room temperature (22°C). At each step of increasing the laser radiation power, the SiV luminescence spectrum was recorded, and the position of the zero-phonon line maximum and the heating temperature of the diamond particle corresponding to this position were determined using the algorithm described above (Fig. 3). A second calibration curve was built - the dependence of the temperature of the diamond particle on the power of the laser radiation (Fig. 4).
Затем стеклянный капилляр с алмазной наночастицей закреплялся в микроманипуляторе и вводился в чашку Петри с физиологическим раствором, содержащем живые клетки HeLa, при комнатной температуре. Алмазная наночастица нагревалась излучением лазерного источника на длине волны 473 нм мощностью 2.5 мВт. Согласно второй калибровочной кривой, это соответствует температуре нагрева алмазной частицы до 5°C. Для проверки правильности установления температуры алмазной наночастицы с помощью системы регистрации люминесценции определяли сдвиг положения максимума бесфононной линии SiV-центров и согласно первой калибровочной кривой, находили значение температуры алмазной частицы 50.2°C.Then, a glass capillary with a diamond nanoparticle was fixed in a micromanipulator and introduced into a Petri dish with saline containing living HeLa cells at room temperature. The diamond nanoparticle was heated by the radiation of a laser source at a wavelength of 473 nm with a power of 2.5 mW. According to the second calibration curve, this corresponds to the temperature of heating the diamond particle up to 5°C. To check the correctness of setting the temperature of a diamond nanoparticle using a luminescence detection system, we determined the shift in the position of the maximum of the zero-phonon line of SiV centers and, according to the first calibration curve, found the temperature of the diamond particle to be 50.2°C.
Вывод: Предлагаемый способ ультралокального оптического нагрева позволяет устанавливать температуру алмазной частицы в водной среде с точностью 0.2°C.Conclusion: The proposed method of ultralocal optical heating makes it possible to set the temperature of a diamond particle in an aqueous medium with an accuracy of 0.2°C.
Пример 3.Example 3
Экспериментальные исследования проводились аналогично примеру 2. Но возбуждение люминесценции SiV-центров и нагрев алмазной частицы осуществлялись лазерным излучением на длине волны 67 нм. Измерялась вторая калибровочная кривая - зависимость температуры алмазной наночастицы от мощности лазерного излучения на длине волны 67 нм. Согласно измеренной зависимости, для нагрева алмазной наночастицы до 28°C потребовалось повышение мощности излучения до 5 мВт. Для проверки правильности установления температуры нагревателя с помощью системы регистрации люминесценции определяли сдвиг положения максимума бесфононной линии SiV-центров при нагреве алмазной наночастицы излучением мощностью 5 мВт и согласно первой калибровочной кривой (Фиг 3), находили значение температуры нагревателя, которая составила 28.1°C.Experimental studies were carried out analogously to example 2. But the excitation of the luminescence of SiV centers and heating of the diamond particle was carried out by laser radiation at a wavelength of 67 nm. The second calibration curve was measured - the dependence of the temperature of the diamond nanoparticle on the power of laser radiation at a wavelength of 67 nm. According to the measured dependence, heating the diamond nanoparticle to 28°C required an increase in the radiation power to 5 mW. To check the correctness of setting the heater temperature using a luminescence detection system, we determined the shift in the position of the maximum of the zero-phonon line of SiV centers when the diamond nanoparticle was heated by radiation with a power of 5 mW, and according to the first calibration curve (Fig. 3), the heater temperature was found, which was 28.1°C.
Пример 4.Example 4
Экспериментальные исследования проводились аналогично примеру 2. Но используемая в качестве нагревателя алмазная наночастица дополнительно модифицировалась путем отжига в вакуумной камере при температуре 90°C в течении 2°мин. Измерялась зависимость температуры модифицированной алмазной наночастицы от мощности лазерного излучения на длине волны 473 нм. Согласно установленной зависимости, для нагрева алмазной наночастицы до 60°C требовалось повышение мощности излучения до 3 мВт. При такой же мощности излучения до модификации наночастица нагревалась слабее, до 5°C, что свидетельствует об увеличении поглощательной способности наночастицы после ее модификации. Для проверки правильности установления температуры нагревателя с помощью системы регистрации люминесценции определяли сдвиг положения максимума бесфононной линии SiV-центров при нагреве алмазной наночастицы излучением мощностью 3 мВт и согласно первой калибровочной кривой, находили значение температуры нагревателя - 59.6°C.Experimental studies were carried out analogously to example 2. But the diamond nanoparticle used as a heater was additionally modified by annealing in a vacuum chamber at a temperature of 90°C for 2°min. The dependence of the temperature of the modified diamond nanoparticle on the laser radiation power at a wavelength of 473 nm was measured. According to the established dependence, heating a diamond nanoparticle to 60°C required an increase in the radiation power to 3 mW. At the same radiation power before modification, the nanoparticle was heated more weakly, up to 5°C, which indicates an increase in the absorptive capacity of the nanoparticle after its modification. To check the correctness of setting the heater temperature using a luminescence detection system, we determined the shift in the position of the maximum of the zero-phonon line of SiV centers when the diamond nanoparticle was heated by radiation with a power of 3 mW, and according to the first calibration curve, the heater temperature was found to be 59.6°C.
Основное преимущество настоящего способа ультралокального оптического нагрева состоит в использовании одной немодифицированной поликристаллической алмазной частицы или в других вариантах - модифицированной (покрытой тонким графитоподобным или металлическим слоем частицы), встроенной в стеклянный капилляр и содержащей термочувствительные SiV-центры для точного (с погрешностью <0.5°С) оптического контроля температуры нагрева, и возможности прецизионного ультралокального нагрева любой заданной точки исследуемой среды.The main advantage of the present method of ultralocal optical heating is the use of one unmodified polycrystalline diamond particle or, in other versions, a modified one (coated with a thin graphite-like or metallic layer), embedded in a glass capillary and containing heat-sensitive SiV centers for accurate (with an error of <0.5°C) ) optical control of the heating temperature, and the possibility of precision ultra-local heating of any given point of the medium under study.
Заявляемый способ ультралокального оптического нагрева может найти широкое применение в качестве прецизионного прибора, позволяющего обеспечивать контролируемое наведение температурных градиентов в биологических исследованиях, а также в инженерии широкого спектра наноразмерных систем, в том числе и в химических нанореакторах нового типа.The claimed method of ultralocal optical heating can be widely used as a precision device that allows for controlled induction of temperature gradients in biological research, as well as in engineering a wide range of nanoscale systems, including new type chemical nanoreactors.
Перечень источников сведенийList of information sources
[1] Tsai, P. C., Epperla, C. P., Huang, J. S., Chen, O. Y., Wu, C. C., & Chang, H. C. Measuring nanoscale thermostability of cell membranes with single gold-diamond nanohybrids. Angewandte Chemie International Edition, 56(11), 3025-3030, 2017.[1] Tsai, P. C., Epperla, C. P., Huang, J. S., Chen, O. Y., Wu, C. C., & Chang, H. C. Measuring nanoscale thermostability of cell membranes with single gold-diamond nanohybrids. Angewandte Chemie International Edition, 56(11), 3025-3030, 2017.
[2] Chang, C. K., Wu, C. C., Wang, Y. S., & Chang, H. C. Selective extraction and enrichment of multiphosphorylated peptides using polyarginine-coated diamond nanoparticles. Analytical chemistry, 80(10), 3791-3797, 2008.[2] Chang, C. K., Wu, C. C., Wang, Y. S., & Chang, H. C. Selective extraction and enrichment of multiphosphorylated peptides using polyarginine-coated diamond nanoparticles. Analytical chemistry, 80(10), 3791-3797, 2008.
[3] Epperla, C. P., Mohan, N., Chang, C. W., Chen, C. C., & Chang, H. C. Nanodiamond-mediated intercellular transport of proteins through membrane tunneling nanotubes. Small, 11(45), 6097-6105, 2015.[3] Epperla, C. P., Mohan, N., Chang, C. W., Chen, C. C., & Chang, H. C. Nanodiamond-mediated intercellular transport of proteins through membrane tunneling nanotubes. Small, 11(45), 6097-6105, 2015.
[4] Fujiwara, M., Sun, S., Dohms, A., Nishimura, Y., Suto, K., Takezawa, Y., Oshimi, K., Zhao, L., Sadzak, N., Umehara, Y., Teki, Y., Komatsu, N., Benson, O., Shikano, Y., & Kage-Nakadai, E. Real-time nanodiamond thermometry probing in vivo thermogenic responses. Science advances, 6(37), eaba9636, 2020.[4] Fujiwara, M., Sun, S., Dohms, A., Nishimura, Y., Suto, K., Takezawa, Y., Oshimi, K., Zhao, L., Sadzak, N., Umehara, Y., Teki, Y., Komatsu, N., Benson, O., Shikano, Y., & Kage-Nakadai, E. Real-time nanodiamond thermometry probing in vivo thermogenic responses. Science advances, 6(37), eaba9636, 2020.
[5] Sotoma, S., Zhong, C., Kah, J. C. Y., Yamashita, H., Plakhotnik, T., Harada, Y., & Suzuki, M. In situ measurements of intracellular thermal conductivity using heater-thermometer hybrid diamond nanosensors. Science advances, 7(3), eabd7888, 2021.[5] Sotoma, S., Zhong, C., Kah, J. C. Y., Yamashita, H., Plakhotnik, T., Harada, Y., & Suzuki, M. In situ measurements of intracellular thermal conductivity using heater-thermometer hybrid diamond nanosensors. Science advances, 7(3), eabd7888, 2021.
[6] Mukherjee, S., Ghosh, R. N., & Maxfield, F. R. Endocytosis. Physiological reviews, 1997.[6] Mukherjee, S., Ghosh, R. N., & Maxfield, F. R. Endocytosis. Physiological reviews, 1997.
[7] Maurer, P. C., Noh, H. J., Kucsko, G., Lukin, M. D., Park, H., & Minako, K. U. B. O. U.S. Patent No. 10,436,650. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office, 2019.[7] Maurer, P. C., Noh, H. J., Kucsko, G., Lukin, M. D., Park, H., & Minako, K. U. B. O. U. S. Patent No. 10,436,650. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office, 2019.
[8] Zeeb, V., Suzuki, M., & Ishiwata, S. I. A novel method of thermal activation and temperature measurement in the microscopic region around single living cells. Journal of neuroscience methods, 139(1), 69-77, 2004.[8] Zeeb, V., Suzuki, M., & Ishiwata, S. I. A novel method of thermal activation and temperature measurement in the microscopic region around single living cells. Journal of neuroscience methods, 139(1), 69-77, 2004.
[9] Oyama, K., Zeeb, V., Kawamura, Y., Arai, T., Gotoh, M., Itoh, H., Itabashi, T., Suzuki, M., & Ishiwata, S. I. Triggering of high-speed neurite outgrowth using an optical microheater. Scientific reports, 5(1), 1-11, 2015.[9] Oyama, K., Zeeb, V., Kawamura, Y., Arai, T., Gotoh, M., Itoh, H., Itabashi, T., Suzuki, M., & Ishiwata, S. I. Triggering of high -speed neurite outgrowth using an optical microheater. Scientific reports, 5(1), 1-11, 2015.
[10] Robertson, J. Amorphous carbon. Advances in physics, 35(4), 317-374, 1986.[10] Robertson, J. Amorphous carbon. Advances in physics, 35(4), 317-374, 1986.
[11] Гилл, Ф., Мюррей, У., & Райт, М. Практическая оптимизация. Мир. с. 188, 1985.[11] Gill, F., Murray, W., & Wright, M. Practical optimization. World. With. 188, 1985.
[12] Häußler, S., Thiering, G., Dietrich, A., Waasem, N., Teraji, T., Isoya, J., Iwasaki, T., Hatano, M., Jelezko, F., Gali, A., & Kubanek, A. Photoluminescence excitation spectroscopy of SiV- and GeV- color center in diamond. New Journal of Physics, 19(6), 063036, 2017.[12] Häußler, S., Thiering, G., Dietrich, A., Waasem, N., Teraji, T., Isoya, J., Iwasaki, T., Hatano, M., Jelezko, F., Gali, A., & Kubanek, A. Photoluminescence excitation spectroscopy of SiV- and GeV- color center in diamond. New Journal of Physics, 19(6), 063036, 2017.
[13] Jahnke, K. D., Sipahigil, A., Binder, J. M., Doherty, M. W., Metsch, M., Rogers, L. J., Manson, N. B., Lukin, M. D., & Jelezko, F. (2015). Electron-phonon processes of the silicon-vacancy centre in diamond. New Journal of Physics, 17(4), 043011.[13] Jahnke, K. D., Sipahigil, A., Binder, J. M., Doherty, M. W., Metsch, M., Rogers, L. J., Manson, N. B., Lukin, M. D., & Jelezko, F. (2015). Electron-phonon processes of the silicon-vacancy center in diamond. New Journal of Physics, 17(4), 043011.
[14] Vlasov, I. I., Shiryaev, A. A., Rendler, T., Steinert, S., Lee, S. Y., Antonov, D., Vörös, M, Jelezko, F., Fisenko, A. V., Semjonova, L. F., Biskupek, J., Kaiser, U., Lebedev, O. I., Sildos, I., Hemmer, P. R., Konov, V. I., Gali, A., & Wrachtrup, J. Molecular-sized fluorescent nanodiamonds. Nature nanotechnology, V. 9, p. 54-58, 2014.[14] Vlasov, I. I., Shiryaev, A. A., Rendler, T., Steinert, S., Lee, S. Y., Antonov, D., Vörös, M, Jelezko, F., Fisenko, A. V., Semjonova, L. F., Biskupek, J ., Kaiser, U., Lebedev, O. I., Sildos, I., Hemmer, P. R., Konov, V. I., Gali, A., & Wrachtrup, J. Molecular-sized fluorescent nanodiamonds. Nature nanotechnology, V. 9, p. 54-58, 2014.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/050013 WO2023153960A1 (en) | 2022-02-08 | 2023-02-06 | Ultralocalized optical heating method and device for carrying out same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783170C1 true RU2783170C1 (en) | 2022-11-09 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120019242A1 (en) * | 2008-11-04 | 2012-01-26 | The University Of Melbourne | Method and apparatus for monitoring a property of a sample |
| US20160018269A1 (en) * | 2013-04-02 | 2016-01-21 | President And Fellows Of Harvard College | Nanometer Scale Quantum Thermometer |
| RU2617293C1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring temperature |
| WO2021002267A1 (en) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | 公立大学法人大阪 | Odmr temperature measurement method |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120019242A1 (en) * | 2008-11-04 | 2012-01-26 | The University Of Melbourne | Method and apparatus for monitoring a property of a sample |
| US20160018269A1 (en) * | 2013-04-02 | 2016-01-21 | President And Fellows Of Harvard College | Nanometer Scale Quantum Thermometer |
| RU2617293C1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of measuring temperature |
| WO2021002267A1 (en) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | 公立大学法人大阪 | Odmr temperature measurement method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Alexey M. Romshin, Vadim Zeeb, Artem K. Martyanov, Oleg S. Kudryavtsev et al., " A new approach to precise mapping of local temperature felds in submicrometer aqueous volumes", Scientifc Reports 11, Article number: 14228, 2021, дата поступления в печать: 16.06.2021, С.1-6 Fedotov, I. V., Solotenkov, M. A., Pochechuev, M. S., Ivashkina, O. I., Kilin, S. Y., Anokhin, K. V., & Zheltikov, A. M., "All-Optical Brain Thermometry in Freely Moving Animals", ACS Photonics, V. 7, p. 3353-3360, 2020. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | A dynamic surface enhanced Raman spectroscopy method for ultra-sensitive detection: from the wet state to the dry state | |
| US8717558B2 (en) | Liquid core photonic crystal fiber biosensors using surface enhanced Raman scattering and methods for their use | |
| US5627922A (en) | Micro optical fiber light source and sensor and method of fabrication thereof | |
| Cullum et al. | The development of optical nanosensors for biological measurements | |
| US8886464B2 (en) | Microwave-accelerated metal-enhanced detection method | |
| KR20020071848A (en) | Addressable arrays using morphology dependent resonance for analyte detection | |
| Luo et al. | Development of a rapid and ultra-sensitive cytosensor: Ω-shaped fiber optic LSPR integrated with suitable AuNPs coverage | |
| Deng et al. | Single protein sensing with asymmetric plasmonic hexamer via Fano resonance enhanced two-photon luminescence | |
| JP2004530867A (en) | Optical devices and methods using nanoparticles, microcavities, and semi-continuous metal films | |
| Bousiakou et al. | Surface enhanced Raman spectroscopy for molecular identification-A review on surface plasmon resonance (SPR) and localised surface plasmon resonance (LSPR) in optical nanobiosensing | |
| Beier et al. | Whispering gallery mode biosensors consisting of quantum dot-embedded microspheres | |
| Liu et al. | Recent advances in merging photonic crystals and plasmonics for bioanalytical applications | |
| CN111812075A (en) | SERS-SPR dual-mode sensor and preparation method and application thereof | |
| RU2783170C1 (en) | Method for ultralocal optical heating and device for its implementation | |
| WO2023153960A1 (en) | Ultralocalized optical heating method and device for carrying out same | |
| Haddock et al. | Evanescent sensing of biomolecules and cells | |
| Huang et al. | High-sensitivity and throughput optical fiber SERS probes based on laser-induced fractional reaction method | |
| Aslan et al. | Microwave-Accelerated Surface Plasmon-Coupled Directional Luminescence: Application to fast and sensitive assays in buffer, human serum and whole blood | |
| RU2781357C1 (en) | Method for ultra-local optical temperature measurement, a device for its implementation and a nanodiamond probe of the device | |
| Saetchnikov et al. | Optical micro resonance based sensor schemes for detection and identification of nano particles and biological agents in situ | |
| Yang et al. | Quantum 3D thermal imaging at the micro–nanoscale | |
| Sun et al. | Plasmon‐Coupled GaN Microcavity for WGM Lasing and Label‐Free SERS Sensing of Biofluids | |
| WO2023128834A1 (en) | Method for utltra-local optical temperature measurement | |
| Moorthy et al. | Potential applications of nanoparticles embedded U-bent fiber optic probe | |
| Bai et al. | A biconical taper multi-mode fiber SERS sensor |