Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado un método sintético para mejorar la luminiscencia de conversión ascendente en nanocristales dopados con lantánidos del tamaño de una proteína mediante la reconstrucción de la superficie a través de la coordinación de moléculas. Esta innovación evita la pérdida de energía asociada a la superficie y marca un avance significativo en el campo de la luminiscencia de los lantánidos.

La conversión ascendente de frecuencia no lineal es un tema de importancia fundamental y tecnológica en una plétora de campos de investigación, que van desde la ciencia de los materiales, de la química a la fotofísica y la biología. Este interés está impulsado por aplicaciones versátiles, incluyendo pantallas tridimensionales, láseres de estado sólido, optoelectrónica, y bioimagen de superresolución, así como optogenética. Existe una gran demanda de preparaciones altamente luminiscentes, nanocristales de conversión ascendente del tamaño de una proteína, que ofrece grandes oportunidades para el avance de las técnicas de imagen con resolución de límite de sub-difracción. Sin embargo, para nanocristales de pequeño tamaño, una gran parte de los dopantes de lantánidos reside en las capas superficiales o subsuperficiales, formando una capa oscura no luminiscente. Estudios anteriores han llegado a un consenso de que la pérdida de energía de excitación se atribuye principalmente al enfriamiento de la superficie. A pesar de los considerables esfuerzos, el mecanismo subyacente del enfriamiento de la superficie sigue siendo esquivo, en gran parte debido a la difusión de energía compleja en los sistemas de conversión ascendente dopados con lantánidos y técnicas limitadas para la caracterización de defectos superficiales.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Liu Xiaogang del Departamento de Química, La Universidad Nacional de Singapur y el profesor Xu Hui de la Universidad de Heilongjiang han desarrollado un enfoque simple para mejorar la conversión ascendente de multifotones en cristales de menos de 10 nm mediante la reconstrucción de la hibridación orbital y la división del campo cristalino en lantánidos de superficie a través de la coordinación de ligandos. La coordinación del ligando puede activar la capa oscura que contiene el sensibilizador y facilitar la migración de energía entre los sensibilizadores de lantánidos internos y de la superficie. mejorar la utilidad de la energía de excitación y la eficiencia de conversión ascendente (ver Figura). Coordinando con moléculas de ácido picolínico bidentadas, NaGdF ₄ :Se ha demostrado que las nanopartículas Yb / Tm con diámetros de 5 nm presentan hasta 11, Mejora de conversión ascendente de 000 veces en la región espectral ultravioleta. Es más, la coordinación del ligando puede ejercer una reconstrucción del nivel de energía con una distancia de separación ligando-sensibilizador de más de 2 nm. Estos hallazgos ofrecen conocimientos nuevos y fundamentales sobre la transferencia de energía interfacial en sistemas ultrapequeños y proporcionan una plataforma para construir sistemas de interrogación óptica a niveles de una sola partícula.

El profesor Liu dijo:"Nuestro enfoque ha demostrado una estrategia simple y eficaz para la mejora de la luminiscencia de conversión ascendente. La coordinación de moléculas no cambia el tamaño y la morfología de los nanocristales ni requiere instrumentación compleja. Estos brillantes, Las nanopartículas de conversión ascendente ultrapequeñas tienen potencial para lograr imágenes de súper resolución, seguimiento del transporte de axones intraneuronales, y diagnóstico de precisión guiado por imágenes a nivel de una sola partícula ".