通过减小超顺磁性氧化铁纳米颗粒尺寸改进核磁共振与电子自旋共振测温

基于磁共振的测温因其生物医学成像中的重要应用而被广泛研究。在我们之前的工作中，我们表明水中核磁共振（NMR）的自旋-自旋弛豫时间（T2）是一个高度灵敏的温度计，因为T2与对温度高度敏感的水自扩散常数成比例。在这项工作中，除了流体的温度依赖性自扩散常数外，我们利用4 nm SPIONs的温度依赖性磁化强度，在248 K至333 K之间的己烷中，将T2灵敏度（4.96）比仅依靠自扩散（3.48）提高了1.4倍。为了将NMR T2测温的应用扩展到工程系统，我们还研究了矿物油（Thermo Scientific, J62592）中T2的温度依赖性，该矿物油在273 K至353 K之间表现出极高的灵敏度（11.62）。这一结果表明，NMR T2测温在传热流体中的应用前景广阔。然而，NMR测温通常不适用于固体。因此，我们还在100 K至290 K之间评估了固体中使用SPIONs的电子自旋共振（ESR）测温的潜力，以用于生物医学和工程应用中的潜在温度监测。我们系统地研究了尺寸和浓度对ESR信号的影响，结果表明，对于4 nm SPIONs，温度依赖性线宽遵循T^-2定律，而SPIONs的浓度对ESR线宽的温度依赖性没有影响。在9.4 GHz下，室温线宽为10.5 mT。结合我们的NMR和ESR结果，我们发现，为了在使用SPIONs的磁共振技术中获得更高的温度灵敏度，具有小磁矩（即小体积和降低的磁化强度）的SPIONs是有益的。