CC BY
8ВКВО-2023- агробиофотоника
НАНОЧАСТИЦЫ, ЛЕГИРОВАННЫЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ
ИОНАМИ, ДЛЯ БИОВИЗУАЛИЗАЦИИ В КОРОТКОВОЛНОВОМ ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ:
ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ОБОЛОЧКИ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ
Поминова Д.В. *, Рябова А.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Кузнецов С.В.
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-35-35
В последние годы широко исследовались ап-конверсионные наночастицы, которые люминесцируют в видимом, ближнем и коротковолновом инфракрасном диапазонах при возбуждении в ближнем инфракрасном диапазоне. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как очень высокая фотостабильность, отсутствие мерцания, длительное время жизни люминесценции, узкие пики излучения с большим сдвигом относительно длины волны возбуждения, низкая токсичность и функциональная мультимодальность, они могут быть использованы в широком спектре приложений, для биовизуализации, улучшения характеристик солнечных элементов, в качестве химических и биосенсоров, для бесконтактной термометрии, терапии рака и защиты от контрафактной продукции [1]. Ближнее инфракрасное излучение, используемое для возбуждения ап-конверсионной люминесценции, обеспечивает меньшее фотоповреждение и автофлуоресценцию, а также более глубокое проникновение в биологические ткани из-за меньшего поглощения и рассеяния [2].
Растет интерес к ап-конверсионным частицам с тройным легированием, которые позволяют получать полосы люминесценции в широком спектральном диапазоне. Однако, при тройном легировании наблюдается нелинейная зависимость интенсивности люминесценции от концентрации редкоземельных ионов, в связи с чем возникают сложности в оптимизации концентрации и получении ярких люминофоров с высоким энергетическим выходом. В данной статье мы исследовали процессы передачи энергии в наночастицах NaGdF4:Yb-Er-Tm и NaGdF4:Yb-Er-Ho и рассмотрели различные стратегии для повышения интенсивности люминесценции активаторных ионов в красном, ближнем инфракрасном и коротковолновом инфракрасном диапазонах, в частности использование структур ядро-оболочка. При помощи люминесцентной спектроскопии и время-разрешенных методов исследовано влияние архитектуры (толщина и расположение оболочек) наночастиц NaGdF4, легированных Yb, Er, Tm, Ho на процессы передачи энергии между ионами, интенсивность и спектр люминесценции.
В результате исследования продемонстрировано, что при тройном легировании наблюдается нежелательная передача энергии между активаторными ионами, приводящая к тушению люминесценции одного из них. При использовании структур ядро-оболочка, когда активаторные ионы находятся в соседних оболочках, тушения избежать не удается, что, вероятно, связано со взаимной диффузией ионов при синтезе оболочки. Наиболее оптимальной стратегией является использование промежуточной инертной оболочки и NAYF4 между оболочками, легированными активаторными редкоземельными ионами.
Продемонстрирована биовизуализация в коротковолновом инфракрасном диапазоне на моделях биологических тканей с использованием наночастиц с оптимизированным составом и архитектурой, за счет чего были получены люминесцентные изображения с хорошим качеством и высоким отношением сигнал/шум.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-3098.2022.1.2.
Литература
1. Tessitore G., et al, Nanoscale, 11(25), 12015-12029 (2019)
2. Hemmer E., et al, Nanoscale 1(3), 168-184 (2016)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
