纳米探针、细胞温度计及其制备、检测细胞温度的方法

本发明属于纳米探针，特别涉及一种用于温度检测的纳米探针及其制备方法，还涉及一种纳米细胞温度计及其制备方法、用于检测细胞温度的方法。

背景技术：

1、温度是生命过程中的基本物理参数，温度变化会影响生命体的生理过程，例如疾病进程，基因表达，蛋白质相互作用和酶催化反应。而生命体的生理状态或者细胞的生命活动也会动态地影响内源性温度变化。基于个体差异，不同机体和细胞对于同种生命进程的温度响应性能也不尽相同，不同疾病的实际生理温度也不尽相同，不同细胞对于外界温度变化的响应性能也不尽相同。基于此，有必要将温度检测范围进一步扩展到生物学水平，通过对细胞和器官进行精确的温度测量来确定特定区域的生理状态。

2、现阶段应用于生物体系的温度检测方法包含接触式温度检测和非接触式温度检测，接触式温度检测包含传统的水银温度计测温法和超声测温法。非接触式温度检测包含红外测温法，超声测温法和发光纳米测温法。其中，发光纳米测温法依赖于发光纳米探针的光信号，目前常用于温度检测的发光纳米探针包括荧光蛋白，有机染料，量子点，聚合物纳米粒子和稀土纳米粒子。其中，稀土纳米粒子在用于温度检测时表现出优异的光学稳定性，明亮的发光信号，激光功率可调，激发/发射光可调，低生物毒性和高温度检测灵敏度。当稀土纳米粒子应用于实际温度检测场景中，温度信号的获取主要基于荧光强度信号或荧光寿命信号。目前，稀土纳米温度计已经被广泛应用于生命体温度检测。

3、然而，目前的纳米温度计的温度检测相对灵敏度较低。一方面不能准确地检测同种细胞系的活细胞和死细胞的温度差异，从而无法确定同种细胞的活细胞和死细胞对于相同外界温度变化情况下的温度响应差异，也就无法获取活细胞和死细胞在生理状态下对外界温度响应的区别；另一方面也不能够准确检测出同一器官对应的癌细胞和正常细胞的温度差异，从而无法确定癌细胞和正常细胞对于相同外界温度变化情况下的耐热性差异，也就无法基于耐热性差异，对癌细胞应用肿瘤光热治疗实现肿瘤的精准治疗。具体来说，光热治疗是一种利用光能转化为热能从而杀死癌细胞的治疗方法。了解癌细胞和正常细胞的耐热性差异，有助于在光热治疗中精确控制温度，在最大限度地破坏癌细胞的同时保护正常组织。基于此，迫切需要提供一种温度检测相对灵敏度较高的稀土纳米温度计来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供以下技术方案来解决上述技术问题。

2、一种用于温度检测的纳米探针，其特征在于，包括具有内核的纳米颗粒，所述内核的成分为掺杂yb3+的zndf4，z为na、li、k中的一种或多种，所述yb3+的掺杂量为a1，0＜a1≤4％，所述掺杂yb3+的zndf4晶相为六方相结构，其中，a1为yb3+的摩尔量与nd3+和yb3+的总摩尔量的比值。

3、采用上述技术方案，可以获得温度检测相对灵敏度不低于2％k-1的纳米探针，该纳米探针的温度检测相对灵敏度随外界温度的升高而呈指数上升趋势，利用该探针不仅可以准确检测出活细胞和死细胞的温度差异；还能准确检测出癌细胞和正常细胞的温度差异，进而可以确定在相同外界温度变化情况下癌细胞和正常细胞的耐热性差异，从而可以对癌细胞应用肿瘤光热治疗来实现肿瘤的精准治疗。

4、可选地，所述掺杂yb3+的zndf4的内核粒径为5-15nm。

5、可选地，所述纳米探针还包括具有壳层的纳米颗粒，所述壳层包覆所述内核，所述壳层的成分为naref4，其中，re为y、gd、lu中的一种或多种。

6、可选地，所述壳层的包覆厚度为1-20nm。

7、可选地，用波长为600-900nm的激发光激发所述内核中的nd3+，所述yb3+的发光波长范围为900-1000nm，所述nd3+的发光波长范围为1000-1100nm。

8、可选地，当外界温度为50-70℃时，所述纳米温度计的温度检测相对灵敏度为7-10％k-1。

9、本发明还提供一种用于制备上述纳米探针的制备方法，包括通过如下步骤制备所述内核粒子：

10、第一加热：将镱盐、钕盐混合，后进行第一加热使所述镱盐和所述钕盐溶解于第一溶剂中形成第一混合液，所述第一溶剂为油酸和1-十八烯，所述第一加热的加热温度为110-160℃，第一加热的加热时间为30-60min；

11、冷却：将所述第一混合液冷却至室温后加入钠离子化合物和氟化铵以得到六方相内核粒子；

12、第二加热：对含有六方相的内核粒子进行第二加热，所述第二加热用于稳固所述内核粒子的六方相结构，所述第二加热的加热温度为270-320℃，第二加热的加热时间为1-2h。

13、采用上述技术方案，可以获得温度检测相对灵敏度不低于2％k-1的纳米探针，该纳米探针的温度检测相对灵敏度随外界温度的升高而呈指数上升趋势，当外界温度为50-70℃时，温度检测相对灵敏度高达7-10％k-1。

14、可选地，上述方法还包括通过如下步骤制备包含壳层的纳米颗粒：

15、第三加热：将所述第二加热后的内核粒子溶于环己烷分散液中，后加入第二溶剂及壳层供应化合物得到第二混合液，后对所述第二混合液进行第三加热以除去所述环己烷分散液，所述第三加热的加热温度为100-130℃，所述第二溶剂为油酸和1-十八烯，所述壳层供应化合物为含氟的钠离子化合物以及含氟的re盐，re为y、la、gd、lu中的一种或多种；

16、第四加热：对除去所述分散液的所述第二混合液进行第四加热以生成具有壳层的所述纳米颗粒，所述第四加热的加热温度为290-310℃。

17、本发明还提供一种纳米细胞温度计，所述纳米细胞温度计为上述用于温度检测的纳米探针经过转水相处理步骤获得的。

18、该纳米细胞温度计温度检测相对灵敏度高，可以直接对生物体，例如细胞、器官、活体等进行准确的温度检测。

19、可选地，所述纳米细胞温度计的粒径为20-50nm。

20、本发明还提供一种制备上述纳米细胞温度计的方法，该方法不仅包括上述制备纳米探针的制备步骤，还包括转水相处理步骤，所述转水相处理步骤包括：将包含壳层的所述纳米颗粒放入溶剂为ch2cl2的nobf4饱和溶液中，后对含有壳层的纳米颗粒的所述饱和溶液进行振荡或离心得到沉淀，收集所述沉淀得到纳米细胞温度计，后将纳米细胞温度计溶解于缓冲溶液中。

21、本发明还提供一种用于检测细胞温度的方法，利用上述纳米细胞温度计，包括如下步骤：

22、制备待测样品：将所述纳米细胞温度计分散于缓冲溶液中，作为标准样品；

23、孵育：将标准样品与细胞孵育得到含有所述标准样品的所述细胞，所述孵育时间为t1，2h≤t1≤4h；

24、获得标准工作曲线：将孵育后的细胞置于样品台处，选择600-900nm的激发光对所述纳米细胞温度计进行激发，收集不同温度下900-1000nm波段和1000-1100nm波段的发射光，并计算不同温度下980nm处和1060nm处发射峰的荧光积分强度，从而得到荧光积分强度比的对数值与温度的标准工作曲线；

25、测量待测细胞的温度：将纳米细胞温度计孵育于待测细胞中，利用所述荧光积分强度比的对数值与温度的关系曲线对所述待测细胞进行温度测量。

26、采用上述技术方法，可以准确检测出活细胞和死细胞的温度差异；还能准确检测出癌细胞和正常细胞的温度差异，进而可以确定在相同外界温度变化情况下癌细胞和正常细胞的耐热性差异，从而可以对癌细胞应用肿瘤光热治疗来实现肿瘤的精准治疗。