p Os materiais de conversão ascendente são ideais para bioimagem devido à sua eficácia como agentes de contraste para a detecção de células cancerosas, ainda mais quando a emissão de fundo de tecidos não cancerosos pode ser minimizada. Esses materiais podem ser usados ​​como biomarcadores para a marcação luminescente de células cancerosas. Tecidos opacos podem ser transformados em vítreos, substâncias transparentes usando esses biomarcadores que dependem da excitação do infravermelho próximo. p A equipe de pesquisa de Cingapura liderada pelo Professor Associado Xiaogang Liu e seus co-pesquisadores da Arábia Saudita e da China conseguiram desenvolver um processo de conversão ascendente eficiente em nanopartículas, garantindo uma ampla sintonia de emissão de luz que poderia ser usada em aplicações de imagem. Eles descobriram uma estrutura química que pode exibir propriedades de conversão ascendente eficientes por meio de um arranjo especial de níveis de energia. Sua síntese de nanocristais de núcleo-casca dopados com lantanídeos, que resultou em propriedades ópticas avançadas que podem controlar a luz, provou ser uma abordagem inovadora.

p Para aplicações de detecção, separar os sinais ópticos do fundo pode ser complicado quando o sinal e o ruído ocorrem no mesmo comprimento de onda. Este problema pode ser resolvido com upconversion - um processo óptico não linear - onde dois fótons de baixa energia de um feixe incidente podem ser convertidos em um único fóton de alta energia, que pode então ser facilmente distinguido do fundo.

p A capacidade de converter luz usando esses nanomateriais para aquecimento também oferece aplicações promissoras em terapia fotodinâmica e distribuição de drogas.

p O trabalho da Associação Prof Liu e da equipe foi relatado no Materiais da Natureza Diário, um dos periódicos relacionados à pesquisa de materiais mais conhecidos do mundo, em 23 de outubro de 2011. Sua equipe inclui o pesquisador Dr. Feng Wang e os alunos de graduação Renren Deng e Juan Wang do Departamento de Química da Universidade Nacional de Cingapura (NUS). Eles trabalharam ao lado de pesquisadores da King Abdullah University of Science and Technology e do Fujian Institute of Research on the Structure of Matter. O Prof Liu e o Dr. Feng Wang também são cientistas do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE), um instituto de pesquisa da Agência para a Ciência de Cingapura, Tecnologia e Pesquisa (A * STAR).

p O trabalho de pesquisa publicado foi financiado pelo A * STAR de Cingapura e pelo Ministério da Educação.

p Uma nova abordagem para detecção de câncer

p A equipe de pesquisadores se concentra no controle das propriedades ópticas dos nanomateriais por dopagem de metais de terras raras em estruturas confinadas camada por camada. A casca da nanopartícula pode ser dopada com diferentes metais de terras raras, resultando em uma ampla sintonia da emissão convertida.

p Ao produzir nanopartículas com emissão sintonizável que também devem ter baixa toxicidade, os pesquisadores deram um grande salto no desenvolvimento de materiais upconverting.

p Sua nova abordagem envolve o projeto de nanopartículas de núcleo-casca que separam o processo de conversão ascendente daquele de emissão de luz. Os fótons são absorvidos no núcleo das nanopartículas e transformados em elétrons excitados, depois disso, eles caem em cascata do núcleo das nanopartículas para o estado excitado de dopantes de terras raras na casca. Enquanto lá, esses elétrons relaxam e emitem luz.

p Embora essa transferência de energia sequencial tenha sido investigada para certas nanopartículas semicondutoras e nanofios para aplicações de energia solar, isso não foi feito antes para nanopartículas dopadas com terras raras.

p Assoc Prof Liu apontou que o esforço para encontrar íons upconverting que emitem em uma ampla região espectral tem sido malsucedido até agora. Isso ocorre porque uma conversão ascendente de fóton eficiente geralmente tem sido restrita a um pequeno número de íons de lantanídeos com sinal de luz emitido detectável a olho nu.

p Explicando sua abordagem de sucesso, Assoc Prof Liu disse:"Nós realizamos a conversão ascendente de fótons em uma série de metais de terras raras. A conversão ascendente de fótons transforma a luz infravermelha próxima de baixa energia em energia superior tornada visível com o design racional e síntese química de uma nanoestrutura de camada central."

p Assoc Prof Liu e a equipe prepararam nanopartículas que poderiam demonstrar uma emissão de upconversion variando de violeta, azul, verde para vermelho amarelo, com comprimentos de onda de excitação infravermelho significativamente maiores de até 980 nm. Um aspecto importante do uso de luz com comprimento de onda de 980 nm é que a transparência dos tecidos vivos é alta no infravermelho. Isso aumenta a oportunidade de uso dessas nanopartículas para a detecção do câncer. Além disso, as cores de emissão múltipla demonstradas nesta pesquisa podem ser potencialmente usadas para uma aplicação de diagnóstico biológico mais confiável, por exemplo, vários marcadores de células.

p Oportunidades para uso mais amplo

p A capacidade de converter luz infravermelha próxima de baixa energia em emissão visível de maior energia, junto com baixos níveis de toxicidade para as células, e facilidade de processamento, transformará cristais dopados com lantanídeos de tamanho nanométrico em materiais ideais para inúmeras aplicações.

p De acordo com o grupo da NUS, os resultados indicam que uma grande "biblioteca" de nanocristais de conversão ascendente luminescente com impressões digitais espectroscópicas distinguíveis pode agora ser estabelecida. Quando acoplado a moléculas biológicas, esses nanomateriais forneceriam uma plataforma para uma rota rápida e confiável para a detecção multiplex de câncer ou outras doenças. A capacidade desses nanomateriais de induzir a liberação de controle de luz de drogas para entrega em locais específicos também é um bom presságio para a medicina futura - menos ou menos efeitos colaterais podem ser esperados, pois os cristais dopados com lantanídeo foram testados para serem não tóxicos.

p "Este trabalho me deixou confiante de que veremos novas aplicações interessantes para essas partículas em breve, "diz Thomas Nann, um professor pesquisador da University of South Australia, cuja pesquisa está neste mesmo campo. O professor Nann acrescenta que "As nanopartículas de conversão ascendente são materiais com um enorme potencial de aplicação. No entanto, devido à necessidade de uma seleção rigorosa de íons de up-converting utilizáveis, A ciência parecia não ter feito nenhum progresso por algum tempo antes dessa descoberta. "

p Assoc Prof Liu e co-pesquisadores notaram a singularidade de seu design, que é o uso de nanoestruturas core-shell e íons de gadolínio para a migração de energia que aumenta a capacidade de produzir uma ampla gama de nanocristais dopados com lantanídeos para produzir luminescência convertida.

p "Beneficiando-se da sub-rede de íons gadolínio como uma rede para migração de energia, essas nanopartículas criteriosamente projetadas iluminam os íons lantanídeos menos comumente usados, como o térbio, európio, e samário sob excitação infravermelha, "explica o professor Chun-Hua Yan, um professor de química e cientista conhecido na mesma área na Universidade de Pequim, China. Adicionando, Prof Yan diz:"Eu acredito que este modelo, com sua singularidade e versatilidade, irá enriquecer enormemente os materiais de upconversion atualmente disponíveis, e terá impacto em campos relevantes, como bioletificação luminescente, armazenamento e exibição de dados multiplexados. "

p O grupo de Cingapura registrou recentemente uma patente relacionada para sua descoberta inovadora. Atualmente, eles estão trabalhando com médicos para desenvolver modelos de diagnóstico clínico para uso prático.