ver artigo Principal: Upconverting nanopartículas

Apesar de fótons upconversion começou a ser estudada em massa de cristais e fibras ópticas, tornou-se mais conhecido com o desenvolvimento de nanomateriais. Isso aconteceu devido às muitas maneiras pelas quais as nanoestruturas com propriedades de conversão ascendente de fótons podem ser aplicadas. Esta nova classe de materiais pode ser amplamente referida como nanopartículas upconverting ou UCNPs.

nanopartículas dopadas com lantanídeos

nanopartículas dopadas com lantanídeos surgiram no final da década de 1990 devido ao trabalho prevalente em nanotecnologia, marcando um ponto de virada na paisagem da pesquisa moderna de lantanídeos. Embora as transições ópticas em nanopartículas dopadas com lantanídeos se assemelhem essencialmente às dos materiais a granel, a nanoestrutura passível de modificações na superfície oferece novas oportunidades de pesquisa. Além disso, o pequeno tamanho das partículas permite seu uso como alternativas aos fluoróforos moleculares para aplicações biológicas. Suas propriedades ópticas únicas, como grande mudança de Stokes e não piscando, permitiram que rivalizassem com as sondas luminescentes convencionais em tarefas desafiadoras, incluindo rastreamento de molécula única e imagem de tecido profundo. No caso da Bioimagem, como as nanopartículas dopadas com lantanídeos podem ser excitadas com luz infravermelha próxima, elas são ótimas para reduzir a autofluorescência de amostras biológicas e, assim, melhorar o contraste da imagem.Nanopartículas dopadas com lantanídeos são nanocristais de um material transparente (mais frequentemente os fluoretos NaYF4, NaGdF4, LiYF4, YF3, CaF2 ou óxidos como Gd2O3) dopados com certas quantidades de íons lantanídeos. Os íons lantanídeos mais comuns usados na upconversão de fótons são os pares erbium-ytterbium (Er3+, Yb3+) ou thulium-ytterbium (Tm3+, Yb3+). Em tais combinações, os íons de itérbio são adicionados como antenas, para absorver a luz em cerca de 980 nm e transferi-la para o íon upconverter. Se este íon é erbium, então uma emissão verde e vermelha característica é observada, enquanto quando o íon upconverter é thulium, a emissão inclui luz quase ultravioleta, azul e vermelha.

apesar dos aspectos promissores desses nanomateriais, uma tarefa urgente que confronta os químicos de materiais reside na síntese de nanopartículas com emissões sintonizáveis, essenciais para aplicações em imagens e Sensoriamento multiplexados. O desenvolvimento de uma rota sintética reprodutível e de alto rendimento que permite o crescimento controlado de nanopartículas de halogeneto de terras raras permitiu o desenvolvimento e comercialização de nanopartículas de upconversão em muitas bioaplicações diferentes. As primeiras nanopartículas upconversion disponíveis comercialmente em todo o mundo foram desenvolvidas pela Intelligent Material Solutions, Inc. e distribuído através da Sigma-Aldrich. Recentemente, avançando no desafio de projetar partículas com emissões sintonizáveis, um progresso importante na síntese de cristais nano-estruturados de alta qualidade permitiu novos caminhos para a conversão ascendente de fótons. Isso inclui a possibilidade de criar partículas com estruturas de núcleo/concha, permitindo upconversion através de transferência de energia interfacial (IET).Nanopartículas semicondutoras ou pontos quânticos frequentemente demonstraram emitir luz de comprimento de onda mais curto do que a excitação após um mecanismo de absorção de dois fótons, não a conversão ascendente de fótons. No entanto, recentemente, o uso de nanopartículas semicondutoras, como CdSe, PbS e PbSe como sensibilizadores combinados com emissores moleculares, foi mostrado como uma nova estratégia para a upconversão de fótons por meio da aniquilação tripleto-tripleto. Eles foram usados para upconvert 980 nm luz infravermelha para 600 nm luz visível; luz verde para luz azul; e luz azul para ultravioleta. Esta técnica beneficia de uma capacidade de upconverting muito alta. Especialmente, esses materiais podem ser usados para capturar a região infravermelha da luz solar para eletricidade e aumentar a eficiência das células solares fotovoltaicas.

nanocápsulas de Upconversion para Bioimagem diferencial de câncer em vivoEdit

o diagnóstico precoce de malignidade tumoral é crucial para o tratamento oportuno do câncer, com o objetivo de transmitir os resultados clínicos desejados. A imagem latente fluorescência-baseada tradicional é enfrentada infelizmente com desafios tais como a baixa penetração do tecido e a autofluorescência do fundo. A Bioimagem baseada em Upconversion (UC) pode superar essas limitações, pois sua excitação ocorre em frequências mais baixas e a emissão em frequências mais altas. Kwon et al. desenvolveu nanocápsulas multifuncionais à base de sílica, sintetizadas para encapsular dois pares distintos de cromóforo uc de aniquilação tripleto-tripleto. Cada nanocápsula emite cores diferentes, azul ou verde, seguindo uma excitação de luz vermelha. Essas nanocápsulas foram ainda conjugadas com anticorpos ou peptídeos para direcionar seletivamente as células de câncer de mama ou cólon, respectivamente. Tanto in vitro como in vivo, os resultados experimentais demonstraram imagens específicas do câncer e de cores diferenciais de excitação de comprimento de onda único, bem como acúmulo muito maior em locais de tumor direcionados do que devido ao aumento da permeabilidade e efeito de retenção. Essa abordagem pode ser usada para hospedar uma variedade de pares de cromóforos para vários cenários de codificação de cores específicos do tumor e pode ser empregada para o diagnóstico de uma ampla gama de tipos de câncer dentro do microambiente tumoral heterogêneo.

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