Pesquisadores da National University of Singapore desenvolveram um método sintético para aumentar a luminescência de conversão ascendente em nanocristais dopados com lantanídeos do tamanho de proteínas por reconstrução de superfície por meio da coordenação de moléculas. Esta inovação evita a perda de energia associada à superfície e marca um avanço significativo no campo da luminescência de lantanídeos.

A conversão ascendente de frequência não linear é um assunto de importância fundamental e tecnológica em uma infinidade de campos de pesquisa, variando de ciência de materiais, química à fotofísica e biologia. Esse interesse é impulsionado por aplicativos versáteis, incluindo telas tridimensionais, lasers de estado sólido, optoeletrônica, e bioimagem de super-resolução, bem como optogenética. Há uma grande demanda para a preparação de altamente luminescente, nanocristais de conversão ascendente do tamanho de proteínas, que oferece grandes oportunidades para o avanço das técnicas de imagem com resolução de limite de sub-difração. Contudo, para nanocristais de pequeno porte, uma grande parte dos dopantes lantanídeos reside nas camadas superficiais ou sub-superficiais, formando uma camada escura não luminescente. Estudos anteriores chegaram a um consenso de que a perda de energia de excitação é atribuída predominantemente à têmpera de superfície. Apesar dos esforços consideráveis, o mecanismo subjacente à têmpera da superfície permanece indescritível, em grande parte devido à difusão de energia complexa em sistemas de conversão ascendente dopados com lantanídeo e técnicas limitadas para caracterização de defeitos de superfície.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Liu Xiaogang do Departamento de Química, A Universidade Nacional de Cingapura e o Prof Xu Hui da Universidade de Heilongjiang desenvolveram uma abordagem simples para melhorar a conversão ascendente multifotônica em cristais sub-10 nm reconstruindo a hibridização orbital e a divisão do campo cristalino em lantanídeos de superfície por meio da coordenação de ligante. A coordenação do ligante pode ativar a camada escura contendo o sensibilizador e facilitar a migração de energia entre os sensibilizadores de lantanídeos de superfície e internos, aumentando a utilidade da energia de excitação e eficiência de conversão ascendente (consulte a Figura). Ao coordenar com moléculas de ácido picolínico bidentado, NaGdF ₄ :Nanopartículas Yb / Tm com diâmetros de 5 nm mostraram apresentar até 11, Aumento de conversão ascendente de 000 vezes na região espectral ultravioleta. Além disso, a coordenação de ligante pode exercer reconstrução de nível de energia com uma distância de separação ligante-sensibilizador de além de 2 nm. Essas descobertas oferecem novas e fundamentais percepções sobre a transferência de energia interfacial em sistemas ultrapequenos e fornecem uma plataforma para a construção de sistemas de interrogação óptica em níveis de partícula única.

O professor Liu disse:"Nossa abordagem demonstrou uma estratégia simples e eficaz para o aprimoramento da luminescência de conversão ascendente. A coordenação da molécula não altera o tamanho e a morfologia dos nanocristais nem requer instrumentação complexa. nanopartículas de conversão ascendente ultrapequenas têm potencial na obtenção de imagens de super-resolução, rastreamento de transporte de axônio intraneuronal, e diagnóstico de precisão guiado por imagem no nível de uma única partícula. "