p Um novo, nanopartículas semelhantes a cebola podem abrir novas fronteiras em bioimagem, colheita de energia solar e técnicas de segurança baseadas em luz. p A inovação da partícula está em suas camadas:um revestimento de corante orgânico, uma concha contendo neodímio, e um núcleo que incorpora itérbio e túlio. Juntos, esses estratos convertem luz infravermelha próxima invisível em luz azul e UV de maior energia com eficiência recorde, um truque que pode melhorar o desempenho de tecnologias que vão desde imagens de tecidos profundos e terapia induzida por luz até tintas de segurança usadas para imprimir dinheiro.

p Quando se trata de bioimagem, luz infravermelha próxima pode ser usada para ativar as nanopartículas emissoras de luz no interior do corpo, fornecendo imagens de alto contraste de áreas de interesse. No reino da segurança, tintas infundidas com nanopartículas podem ser incorporadas em designs de moeda; essa tinta seria invisível a olho nu, mas brilham em azul quando atingidos por um pulso de laser de baixa energia - uma característica muito difícil de ser reproduzida por falsificadores.

p “Abre múltiplas possibilidades para o futuro, "diz Tymish Ohulchanskyy, vice-diretor de fotomedicina e professor associado de pesquisa do Institute for Lasers, Fotônica, e Biofotônica (ILPB) na Universidade de Buffalo.

p "Ao criar camadas especiais que ajudam a transferir energia de forma eficiente da superfície da partícula para o núcleo, que emite luz azul e ultravioleta, nosso design ajuda a superar alguns dos obstáculos de longa data enfrentados pelas tecnologias anteriores, "diz Guanying Chen, professor de química do Harbin Institute of Technology e professor associado de pesquisa da ILPB.

p "Nossa partícula é cerca de 100 vezes mais eficiente em 'upconverting' luz do que nanopartículas semelhantes criadas no passado, tornando-o muito mais prático, "diz Jossana Damasco, um estudante de doutorado em química da UB que desempenhou um papel fundamental no projeto.

p A pesquisa foi publicada online em Nano Letras em 21 de outubro e liderado pelo Institute for Lasers, Fotônica, e Biofotônica na UB, e o Instituto de Tecnologia Harbin na China, com contribuições do Royal Institute of Technology da Suécia; Tomsk State University na Rússia; e a Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts.

p O autor sênior do estudo foi Paras Prasad, Diretor executivo da ILPB e Professor Distinto de Química da SUNY, física, medicina e engenharia elétrica na UB.

p Retirando as camadas

p Converter luz de baixa energia em luz de altas energias não é fácil de fazer. O processo envolve a captura de dois ou mais pequenos pacotes de luz chamados "fótons" de uma fonte de luz de baixa energia, e combinando sua energia para formar um único, fóton de alta energia.

p A nanopartícula onionesque executa essa tarefa lindamente. Cada uma de suas três camadas cumpre uma função única:

• A camada mais externa é um revestimento de corante orgânico. Este corante é capaz de absorver fótons de fontes de luz infravermelha de baixa energia. Ele atua como uma "antena" para a nanopartícula, captando luz e transferindo energia para dentro, Ohulchanskyy diz.
• A próxima camada é uma concha contendo neodímio. Esta camada atua como uma ponte, transferir energia do corante para o núcleo emissor de luz da partícula.
• Dentro do núcleo emissor de luz, Os íons itérbio e túlio funcionam em conjunto. Os íons de itérbio atraem energia para o núcleo e passam a energia para os íons de túlio, que têm propriedades especiais que os permitem absorver a energia de três, quatro ou cinco fótons de uma vez, e então emitem um único fóton de alta energia de luz azul e ultravioleta.

p Então, por que não usar apenas o núcleo? Por que adicionar o corante e a camada de neodímio?

p Como Ohulchanskyy e Chen explicam, o próprio núcleo é ineficiente para absorver fótons do mundo externo. É aí que entra o corante.

p Depois de adicionar o corante, a camada contendo neodímio é necessária para a transferência eficiente de energia do corante para o núcleo. Ohulchanskyy usa a analogia de uma escada para explicar por que isso acontece:quando as moléculas ou íons em um material absorvem um fóton, eles entram em um estado "excitado" a partir do qual podem transferir energia para outras moléculas ou íons. A transferência mais eficiente ocorre entre moléculas ou íons cujos estados excitados requerem uma quantidade semelhante de energia para serem obtidos, mas o corante e os íons itérbio têm estados excitados com energias muito diferentes. Assim, a equipe adicionou neodímio - cujo estado de excitação está entre o do corante e o do túlio - para agir como uma ponte entre os dois, criando uma "escada" para a energia descer para alcançar os íons de túlio que emitem.