Os raios X são ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda curtos e forte penetrabilidade na matéria física, incluindo organismos vivos. Cintiladores capazes de converter raios X em fótons ultravioleta (UV), visível ou infravermelho próximo (NIR) são amplamente empregados para realizar a detecção indireta de raios X e imagens XEOL em muitos campos. Eles incluem diagnóstico médico, tomografia computadorizada (TC), exploração espacial e material industrial não destrutivo e inspeções de segurança.
Cintiladores a granel comerciais possuem alto rendimento de luz (LY) e resolução de energia superior. No entanto, eles sofrem de várias desvantagens, como procedimentos de fabricação complexos, equipamentos experimentais caros, comprimento de onda XEOL não ajustável e baixa processabilidade do dispositivo. Todos eles produzem emissões na faixa espectral visível, mas ter XEOL na faixa NIR pode encontrar aplicações mais interessantes em biomedicina. Cristais espessos também geram espalhamento de luz seguido por sinais evidentes de diafonia em uma matriz de fotodiodos.

Recentemente, perovskitas de haletos metálicos foram investigadas para detecção de raios-X. Infelizmente, esses materiais também apresentaram algumas limitações intrínsecas, como baixa estabilidade foto/ambiental, toxicidade de metais pesados ​​e baixo LY. Assim, a busca pelo desenvolvimento de uma nova geração de cintiladores ainda é um foco considerável de pesquisa científica.

Em um novo artigo publicado na eLight , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Prasad N. Paras, da Universidade de Buffalo, investigou o uso de NSs fluoretados dopados com lantanídeos. Seu artigo analisou estratégias de design e nanoestruturas que permitem a manipulação da dinâmica de excitação em uma geometria de núcleo-casca.

Os NSs de flúor dopados com lantanídeos evitam as limitações dos cintiladores em massa e das perovskitas de iodetos metálicos. Eles também exibem muitas propriedades úteis. As estruturas core-shell dos NSs de fluoreto dopados com lantanídeos podem ser ajustadas e projetadas sob demanda empregando um método químico úmido barato e conveniente. Os comprimentos de onda de emissão podem ser ajustados e estendidos para a segunda janela NIR, beneficiando-se dos abundantes níveis de energia dos ativadores de lantanídeos.

Esses NSs mostram fotoestabilidade superior, baixa toxicidade e processabilidade conveniente do dispositivo. Isso os torna candidatos promissores para imagens de NSs e XEOL de próxima geração. Além disso, exibem propriedade XEPL, mostrando aplicações promissoras em biomedicina e codificação óptica de informações. A combinação de XEOL e XEPL os torna adequados para ampliar o escopo de suas aplicações.

Nos últimos anos, avanços significativos foram feitos no desenvolvimento da SN. A equipe de pesquisa discutiu estratégias de projeto e nanoestrutura que permitem a manipulação da dinâmica de excitação em uma geometria de núcleo-casca. Eles também produzem XEOL, XEPL, upconversion de fótons (UC) e downshifting (DS). Ele permite a emissão em vários comprimentos de onda e em diferentes escalas de tempo.

O princípio de funcionamento fundamental da imagem XEOL é registrar a atenuação dos raios X depois de penetrar o assunto com um cintilador e a imagem com uma câmera. A tela do cintilador é colocada sob o alvo para absorver os fótons de raios-X transmitidos. Uma baixa dose de raios X penetrando em organismos vivos permite a aplicação da tomografia computadorizada. A penetração de matéria não viva permite a qualidade do produto e a inspeção de segurança. A dose de irradiação de raios-X deve ser baixa o suficiente para garantir a segurança, enquanto a alta resolução e contraste distinto são importantes para a análise da imagem.

O raio-X, radiação ionizante com profundidade de penetração profunda no corpo humano, tem sido amplamente estudado para aplicações em radioterapia e bioimagem. O forte XEOL pode ativar os fotossensibilizadores para gerar espécies reativas de oxigênio. Eles retardam ou interrompem diretamente o crescimento do tumor por terapia fotodinâmica, causando inflamação e comprometendo a microvasculatura.

A gama XEPL em UVC pode ser usada para esterilização e morte in vivo de patógenos e células cancerígenas. Fluoretos com banda larga e fácil criação de defeitos aniônicos são apropriados para gerar luminescência persistente UVC. Caracterizações experimentais combinadas com cálculos de primeiros princípios sugeriram que as vacâncias de flúor induzidas pela introdução de oxigênio atuaram como armadilhas de elétrons.

Os fotodetectores têm várias aplicações em sensores biomédicos, imagens de câmeras, comunicações ópticas e visão noturna. Em fotodetectores comerciais, semicondutores inorgânicos cristalinos são empregados como fotodiodos e fototransistores. Eles não respondem efetivamente a um amplo escopo de energia de fótons que cobre raios-X, ultravioleta-visível (UV-vis) e luz NIR.

Sob excitação NIR, a camada de fluoreto dopada com lantanídeos emite luz UV-vis através de processos UC de transferência de energia. O processo de reabsorção de radiação subsequente dos ativadores de lantanídeos para a camada de perovskita ocorre. A emissão visível da camada de perovskita é produzida através da recombinação de elétrons no CB e lacunas no VB.

Este nanotransdutor exibiu uma ampla resposta linear aos raios X com várias taxas de dose e fótons UV e NIR em diferentes densidades de potência. Conforme discutido na seção 4.4, sem integrar a camada de perovskita, NSs fluoretados dopados com lantanídeos também podem ser usados ​​para a geração de XEOL, UC e DS, o que pode ser possível para a realização da detecção de banda larga em teoria e precisa de mais estudos na área. futuro.

As nanopartículas de flúor dopadas com lantanídeos são candidatas adequadas para NSs de próxima geração devido à sua baixa biotoxicidade, alta estabilidade foto/ambiental, facilidade de processamento do dispositivo, propriedades XEOL e XEPL ajustáveis ​​e outros recursos úteis.

Para promover o desenvolvimento de NSs de flúor de alto desempenho e suas aplicações práticas, a equipe discutiu os desafios existentes e futuras oportunidades multidisciplinares neste campo abaixo. Compreender o mecanismo XEOL beneficia o projeto e a exploração de novos NSs de flúor. Atualmente, como os portadores de carga de baixa energia cinética gerados são transportados para os centros luminescentes ou capturados por defeitos e os fatores de influência correspondentes não são claros.

Os primeiros níveis excitados não radiativos preenchidos e os níveis radiativos de ativadores de lantanídeos são ótimos ao calcular ou caracterizar as diferenças de energia entre esses portadores de carga. Esses cálculos guiarão o projeto de processos de transferência de energia para combinar as diferenças de energia seguidas pelo rendimento de luz aprimorado. O LY alto é um pré-requisito para a realização de aplicações de taxa de dose ultrabaixa. + Explorar mais

Luminescência de infravermelho próximo eficiente em perovskitas duplas de haletos totalmente inorgânicos dopados com lantanídeos