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Mar 11, 2024

Avaliando a reprodutibilidade e até

Relatórios Científicos volume 13, Número do artigo: 2288 (2023) Citar este artigo 2409 Acessos 4 Citações 2 Detalhes de métricas altmétricas Baseado em lantanídeos, mudança espectral e luminescente multicolorida

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2288 (2023) Citar este artigo

2409 Acessos

4 citações

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

Nanopartículas de conversão ascendente luminescentes (UCNPs) baseadas em lantanídeos, com mudança espectral e multicoloridas têm recebido muita atenção nas últimas décadas devido à sua aplicabilidade como repórter para bioimagem, microscopia de super-resolução e detecção, bem como códigos de barras e etiquetas anti-falsificação . Um pré-requisito para a ampla aplicação de UCNPs em áreas como detecção e codificação são protocolos de síntese simples, robustos e facilmente escalonáveis ​​que produzem grandes quantidades de UCNPs com tamanhos de 20 nm ou mais com propriedades físico-químicas precisamente controladas e ajustáveis ​​a partir de reagentes de baixo custo com alta reprodutibilidade. Nesse contexto, estudamos a reprodutibilidade, robustez e aumento de escala da síntese de UCNPs β-NaYF4: Yb, Er via decomposição térmica. Os parâmetros de reação incluíram solvente, composições químicas precursoras, proporção e concentração. As UCNPs resultantes foram então examinadas quanto às suas propriedades físico-químicas relevantes para a aplicação, como tamanho, distribuição de tamanho, morfologia, fase cristalina, composição química e fotoluminescência. Com base nesses estudos de triagem, propomos uma abordagem de síntese de pequeno volume e alta concentração que pode fornecer UCNPs com tamanhos diferentes, porém controlados, uma excelente pureza de fase e morfologia ajustável em lotes de até pelo menos 5 g, que são adequados para a fabricação de sensores, códigos de barras imprimíveis ou etiquetas de autenticação e reciclagem.

Nanopartículas de conversão ascendente com deslocamento espectral (UCNPs), que podem converter luz infravermelha próxima (NIR) em fótons luminescentes de energia mais alta por meio de um processo óptico não linear, mostram uma infinidade de bandas de emissão características no ultravioleta (UV), visível (vis), e NIR e longos tempos de vida de luminescência, que são ideais para medições ópticas de baixo fundo e alta profundidade de penetração em sistemas biológicos . Além disso, a notável sintonização da luminescência de conversão ascendente (UCL) através de variações da rede hospedeira, fase cristalina, tipo(s) e concentrações dos íons dopantes de terras raras (RE3+), tamanho de partícula e morfologia, bem como condições de excitação, ou seja, , comprimento de onda de excitação e densidade de potência, podem ser explorados para impressões digitais espectroscópicas no domínio de cor e tempo de vida . Enquanto isso, isso desencadeou seu uso como repórteres ópticos para aplicações de imagem e detecção6,7,8 e etiquetas para aplicações antifalsificação, segurança, reciclagem e controle de qualidade de alimentos9,10. As matrizes hospedeiras cristalinas mais frequentemente utilizadas para UCNPs emissivas de UCL são fluoretos como o NaYF4 devido à sua alta transparência, energias de fônons muito baixas e alta estabilidade química . A dopagem é mais frequentemente feita com os pares sensibilizador/ativador Yb3+/Er3+ e Yb3+/Tm3+, fornecendo materiais UC emissivos verdes, vermelhos e azuis eficientes. Embora entretanto tenham sido relatados muitos conceitos sintéticos para UCNPs sofisticadas de núcleo/multi-shell de diferentes tamanhos com propriedades de luminescência otimizadas, como um alto rendimento quântico de UCL, para muitas aplicações de detecção, código de barras e etiquetagem, arquiteturas simples de partículas apenas de núcleo com tamanhos de 25 nm ou maiores são completamente suficientes. Estas UCNPs são mais facilmente acessíveis sinteticamente e a disponibilidade comercial de tais UCNPs por um preço razoável poderia ampliar a utilização da tecnologia de conversão ascendente. Isso exige métodos de síntese simples e escalonáveis ​​para UCNPs, utilizando precursores relativamente inofensivos e relativamente baratos que permitem o ajuste controlado das propriedades físico-químicas da UCNP, como tamanho, forma e cor de luminescência.

Para a síntese de UCNPs de diferentes tamanhos, morfologia e arquitetura de partículas, diferentes métodos foram desenvolvidos, como co-precipitação 13,14,15, hidro(solvo)térmico 16,17,18,19,20,21, decomposição térmica, e métodos assistidos por micro-ondas22,23,24. Até agora, o método mais fácil para a preparação de UCNPs monodispersas com tamanho e morfologia controlados é a decomposição térmica. Assim, os precursores de terras raras (TR) são aquecidos numa mistura de solventes de alto ponto de ebulição na presença de precursores do material hospedeiro. O crescimento de partículas é geralmente controlado por um ligante de cobertura que estabiliza as nanopartículas em crescimento em solução. Para esse fim, comumente, o ácido oleico é utilizado em conjunto com a oleilamina ou com a trioctilfosfina25,26. Nos primeiros relatórios sobre a síntese de UCNP, principalmente trifluoroacetatos como CF3COONa e RE (CF3COO)3 (RE = Y, Yb, Tm, Ho e Er) foram empregados como precursores de RE . Através do controle cuidadoso de parâmetros como tempo de reação e proporção de trifluoroacetatos de sódio para RE, a morfologia da UCNP poderia ser ajustada de nanoesferas para nanoplacas hexagonais e de nanobastões para nanoprismas . Como a pirólise de trifluoroacetatos de RE pode produzir espécies de carbono fluoradas e oxifluoradas altamente tóxicas, precursores posteriores, como acetatos de RE, preparados a partir de óxidos de RE e convertidos em oleatos de RE, em combinação com NaF31 ou NH4F/NaOH32 foram utilizados para a síntese de UCNPs de vários tipos. tamanho e morfologia ajustando a proporção de oleato (OA) para octadeceno (ODE) e NH4F ou NaF. Por exemplo, em 2008, Li et al. relataram a síntese de uma série de UCNPs β-NaYF4:Yb, Er e β-NaYF4:Yb, Er monodispersos de RECl3, NH4F e NaOH33. Na et al. poderia realizar o controle da morfologia das UCNPs β-NaYF4: Yb, Er / Tm usando um surfactante, um aditivo e dopagem RE . Nesta abordagem, os oleatos RE foram gerados a partir de RECl3 e isolados antes da sua utilização para a síntese de UCNP. Isto garante a ausência de impurezas de cloreto e proporciona uma melhor solubilidade do precursor. A abordagem atualmente mais comum é, no entanto, a preparação in situ de oleatos de RE a partir de cloretos de RE e sua subsequente decomposição na presença de NH4F e NaOH35,36.