p Nanopartículas de conversão ascendente - novos tipos de nanomateriais luminescentes que liberam fótons de alta energia após a estimulação de luz laser - podem penetrar mais profundamente no tecido e são mais estáveis ​​fotoquimicamente do que os agentes de bioimagem convencionais, como pontos quânticos e corantes orgânicos. Nanocristais luminescentes dopados ou impregnados com pequenas quantidades de íons de terras raras itérbio (Yb) são particularmente eficazes na conversão ascendente de fótons. Os lasers específicos usados ​​para excitar dopantes Yb, Contudo, também pode aquecer moléculas de água em amostras biológicas, causando morte celular ou danos aos tecidos. p Agora, Xiaogang Liu do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura e colegas de trabalho sintetizaram um nanocristal dopado com terra rara que pode ser excitado em comprimentos de onda dentro de uma "janela biológica" mais segura, graças a uma camada, projeto núcleo-casca.

p Nanocristais luminescentes requerem componentes 'sensibilizadores' para absorver fótons e transferir energia para locais ativadores, que emitem a radiação luminosa desejada. Liu e colegas de trabalho investigaram um dopante de terras raras diferente, neodímio (Nd), que absorve a luz do laser de comprimento de onda curto que excita as moléculas de água, evitando assim efeitos de superaquecimento. Infelizmente, O Nd pode ser dopado em nanocristais apenas em concentrações muito baixas antes que as interações cruzadas com os ativadores comecem a extinguir a luminescência. Isso torna as nanopartículas dopadas com Nd emissores fracos em comparação com os biomarcadores baseados em Yb.

p Para resolver este problema, os pesquisadores produziram nanopartículas esféricas contendo camadas com concentrações totalmente diferentes de íons Nd. Eles doparam pequenas quantidades de Nd, Yb, e íons ativadores em nanocristais de fluoreto de ítrio de sódio (NaYF4), um material com uma forte eficiência de conversão ascendente. Eles então sintetizaram uma camada de revestimento em torno do núcleo de baixo dopagem contendo uma concentração de dopante Nd significativamente mais alta de 20 por cento. Neste arranjo, a camada de casca efetivamente coleta luz e, em seguida, transfere energia para o núcleo, onde baixas concentrações de sensibilizador minimizam a redução de luminescência (ver imagem).

p Os experimentos revelaram que o design core-shell melhorou drasticamente as capacidades de bioimagem dos nanocristais - o novo material tinha melhores capacidades de coleta de luz do que as nanopartículas dopadas com Nd ou Yb puro e alcançou intensidades de emissão sete vezes maiores do que NaYF4 puro. Estudos mecanísticos mostraram que a transferência de energia entre os íons Nd e Yb no núcleo das nanopartículas foi a chave para superar as limitações das baixas concentrações de dopante.

p Próximo, a equipe testou seus novos materiais por meio de imagens de uma série de células de câncer cervical. Enquanto a irradiação de laser típica para biomarcadores dopados com Yb matou as células em cinco minutos, os comprimentos de onda mais curtos usados ​​para nanopartículas core-shell dopadas com Nd mantiveram as células viáveis ​​ao longo do mesmo tempo.

p "Planejamos melhorar ainda mais a eficiência de upconversion de nossas nanopartículas e usá-las para bioimagem e distribuição de medicamentos, "diz Liu.