Artículo principal: Nanopartículas de conversión ascendente

Aunque la conversión ascendente de fotones se estudió por primera vez en cristales a granel y fibras ópticas, se hizo más conocida con el desarrollo de nanomateriales. Esto sucedió debido a las muchas formas en que se pueden aplicar nanoestructuras con propiedades de conversión ascendente de fotones. Esta nueva clase de materiales puede denominarse, en términos generales, nanopartículas de conversión ascendente (upconverting nanoparticles o UCNP).

Nanopartículas dopadas con lantánidoeditar

Nanopartículas dopadas con lantánidoeditar

Las nanopartículas dopadas con lantánidoeditar surgieron a finales de la década de 1990 debido al trabajo predominante en nanotecnología, marcando un punto de inflexión en el panorama de la investigación moderna de lantánidos. Aunque las transiciones ópticas en las nanopartículas dopadas con lantánido se parecen esencialmente a las de los materiales a granel, la nanoestructura susceptible de modificaciones superficiales proporciona nuevas oportunidades para la investigación. Además, el pequeño tamaño de las partículas permite su uso como alternativas a los fluoróforos moleculares para aplicaciones biológicas. Sus propiedades ópticas únicas, como el gran desplazamiento de Stokes y el no parpadeo, les han permitido competir con las sondas luminiscentes convencionales en tareas desafiantes, como el seguimiento de una sola molécula y la obtención de imágenes de tejidos profundos. En el caso de la bioimagen, como las nanopartículas dopadas con lantánidos se pueden excitar con luz infrarroja cercana, son óptimas para reducir la autofluorescencia de las muestras biológicas y, por lo tanto, mejorar el contraste de la imagen.

Las nanopartículas dopadas con lantánidos son nanocristales de un material transparente (más a menudo los fluoruros NaYF4, NaGdF4, LiYF4, YF3, CaF2 u óxidos como Gd2O3) dopados con ciertas cantidades de iones lantánidos. Los iones lantánidos más comunes utilizados en la conversión ascendente de fotones son los pares erbio-iterbio (Er3+,Yb3+) o tulio-iterbio (Tm3+, Yb3+). En tales combinaciones, los iones de iterbio se agregan como antenas, para absorber la luz a alrededor de 980 nm y transferirla al ion convertidor ascendente. Si este ion es erbio, se observa una emisión característica de color verde y rojo, mientras que cuando el ion convertidor ascendente es tulio, la emisión incluye luz casi ultravioleta, azul y roja.

A pesar de los aspectos prometedores de estos nanomateriales, una tarea urgente que enfrentan los químicos de materiales radica en la síntesis de nanopartículas con emisiones sintonizables, que son esenciales para aplicaciones en imágenes y sensores multiplexados. El desarrollo de una ruta sintética reproducible y de alto rendimiento que permite el crecimiento controlado de nanopartículas de halogenuros de tierras raras ha permitido el desarrollo y la comercialización de nanopartículas de conversión ascendente en muchas aplicaciones biológicas diferentes. Las primeras nanopartículas de conversión ascendente disponibles comercialmente en todo el mundo fueron desarrolladas por Intelligent Material Solutions, Inc. y distribuido a través de Sigma-Aldrich. Recientemente, avanzando en el desafío de diseñar partículas con emisiones sintonizables, se han logrado importantes avances en la síntesis de cristales nanoestructurados de alta calidad que han permitido nuevas vías para la conversión ascendente de fotones. Esto incluye la posibilidad de crear partículas con estructuras de núcleo/concha, lo que permite la conversión ascendente a través de la transferencia de energía interfacial (IET).

Nanopartículas semiconductoreseditar

A menudo se ha demostrado que las nanopartículas semiconductoras o los puntos cuánticos emiten luz de longitud de onda más corta que la excitación siguiendo un mecanismo de absorción de dos fotones, no una conversión ascendente de fotones. Sin embargo, recientemente el uso de nanopartículas semiconductoras, como CdSe, PbS y PbSe como sensibilizadores combinados con emisores moleculares, se ha demostrado como una nueva estrategia para la conversión ascendente de fotones a través de la aniquilación triplete-triplete. Se han utilizado para convertir la luz infrarroja de 980 nm a luz visible de 600 nm; luz verde a luz azul; y luz azul a ultravioleta. Esta técnica se beneficia de una capacidad de conversión muy elevada. Especialmente, estos materiales se pueden utilizar para capturar la región infrarroja de la luz solar a la electricidad y mejorar la eficiencia de las células solares fotovoltaicas.

Nanocápsulas de conversión ascendente para bioimagen diferencial de cáncer en vivoEdit

El diagnóstico precoz de la neoplasia maligna tumoral es crucial para el tratamiento oportuno del cáncer destinado a impartir los resultados clínicos deseados. Desafortunadamente, la imagen tradicional basada en fluorescencia se enfrenta a desafíos como la baja penetración de tejidos y la autofluorescencia de fondo. La bioimagen basada en la conversión ascendente (UC) puede superar estas limitaciones, ya que su excitación se produce a frecuencias más bajas y la emisión a frecuencias más altas. Kwon et al. desarrollado nanocápsulas multifuncionales a base de sílice, sintetizadas para encapsular dos pares distintos de cromóforos UC de aniquilación triplete-triplete. Cada nanocápsula emite diferentes colores, azul o verde, siguiendo una excitación de luz roja. Estas nanocápsulas se conjugaron posteriormente con anticuerpos o péptidos para dirigirse selectivamente a las células de cáncer de mama o de colon, respectivamente. Los resultados experimentales tanto in vitro como in vivo demostraron imágenes de color diferencial y específicas para el cáncer a partir de la excitación de una sola longitud de onda, así como una acumulación mucho mayor en sitios tumorales específicos que la debida al efecto mejorado de permeabilidad y retención. Este enfoque se puede utilizar para alojar una variedad de pares de cromóforos para diversos escenarios de codificación de colores específicos de tumores y se puede emplear para el diagnóstico de una amplia gama de tipos de cáncer dentro del microambiente tumoral heterogéneo.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.