Los rayos X son ondas electromagnéticas con longitudes de onda cortas y una gran capacidad de penetración en la materia física, incluidos los organismos vivos. Los centelleadores capaces de convertir los rayos X en fotones ultravioleta (UV), visibles o infrarrojos cercanos (NIR) se emplean ampliamente para realizar detección indirecta de rayos X e imágenes XEOL en muchos campos. Incluyen diagnóstico médico, tomografía computarizada (TC), exploración espacial e inspecciones de seguridad y materiales industriales no destructivos.

Los centelleadores a granel comerciales poseen un alto rendimiento de luz (LY) y una resolución energética superior. Sin embargo, adolecen de varios inconvenientes, como procedimientos de fabricación complejos, equipos experimentales costosos, longitud de onda XEOL no sintonizable y capacidad de procesamiento deficiente del dispositivo. Todos producen emisiones en el rango espectral visible, pero tener XEOL en el rango NIR puede encontrar aplicaciones más interesantes en biomedicina. Los cristales gruesos también generan dispersión de luz seguida de señales cruzadas evidentes en una matriz de fotodiodos.

Recientemente, las perovskitas de haluro metálico se han investigado para la detección de rayos X. Desafortunadamente, estos materiales también exhibieron algunas limitaciones intrínsecas, como una pobre estabilidad foto/ambiental, toxicidad por metales pesados ​​y bajo LY. Por lo tanto, la búsqueda del desarrollo de una nueva generación de centelladores sigue siendo un foco considerable de investigación científica.

En un nuevo artículo publicado en eLight , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Prasad N. Paras de la Universidad de Buffalo, investigó el uso de NS de fluoruro dopado con lantánidos. Su artículo analizó las estrategias de diseño y las nanoestructuras que permiten la manipulación de la dinámica de excitación en una geometría de núcleo-carcasa.

Los NS de fluoruro dopados con lantánidos evitan las limitaciones de los centelleadores a granel y las perovskitas de haluros metálicos. También exhiben muchas propiedades útiles. Las estructuras de núcleo-carcasa de los NS de fluoruro dopados con lantánidos se pueden ajustar y diseñar a pedido mediante el empleo de un método químico húmedo barato y conveniente. Las longitudes de onda de emisión pueden ajustarse y extenderse a la segunda ventana NIR, beneficiándose de los abundantes niveles de energía de los activadores de lantánidos.

Estos NS muestran una fotoestabilidad superior, baja toxicidad y una procesabilidad conveniente del dispositivo. Los convierte en candidatos prometedores para las imágenes NS y XEOL de próxima generación. Además, exhiben la propiedad XEPL, mostrando aplicaciones prometedoras en biomedicina y codificación de información óptica. La combinación de XEOL y XEPL los hace adecuados para ampliar el alcance de sus aplicaciones.

En los últimos años, se han realizado avances significativos en el desarrollo de NS. El equipo de investigación analizó las estrategias de diseño y la nanoestructura que permiten la manipulación de la dinámica de excitación en una geometría de núcleo y cubierta. También producen XEOL, XEPL, conversión ascendente de fotones (UC) y cambio descendente (DS). Permite la emisión en múltiples longitudes de onda y en diferentes escalas de tiempo.

El principio de funcionamiento fundamental de las imágenes XEOL es registrar la atenuación de los rayos X después de penetrar en el sujeto con un centelleador y obtener imágenes con una cámara. La pantalla del centelleador se coloca debajo del objetivo para absorber los fotones de rayos X transmitidos. Una dosis baja de rayos X que penetran en los organismos vivos permite la aplicación de la tomografía computarizada. La penetración de materia no viva permite la calidad del producto y la inspección de seguridad. La dosis de irradiación de rayos X debe ser lo suficientemente baja para garantizar la seguridad, mientras que la alta resolución y el contraste distintivo son importantes para el análisis de imágenes.

Los rayos X, radiación ionizante con gran profundidad de penetración en el cuerpo humano, se han estudiado ampliamente para aplicaciones de radioterapia y bioimagen. El fuerte XEOL puede activar los fotosensibilizadores para generar especies reactivas de oxígeno. Disminuyen o detienen directamente el crecimiento del tumor mediante la terapia fotodinámica, lo que provoca inflamación y compromete la microvasculatura.

El rango XEPL en UVC se puede utilizar para la esterilización y la destrucción in vivo de patógenos y células cancerosas. Los fluoruros con una banda prohibida grande y la creación fácil de defectos aniónicos son apropiados para generar luminiscencia persistente UVC. Las caracterizaciones experimentales combinadas con los cálculos de los primeros principios sugirieron que las vacantes de flúor inducidas por la introducción de oxígeno actuaron como trampas de electrones.

Los fotodetectores tienen diversas aplicaciones en detección biomédica, imágenes de cámaras, comunicaciones ópticas y visión nocturna. En los fotodetectores comerciales, los semiconductores inorgánicos cristalinos se emplean como fotodiodos y fototransistores. No responden de manera efectiva a una amplia gama de energía de fotones que cubre la luz de rayos X, ultravioleta-visible (UV-vis) y NIR.

Bajo excitación NIR, la capa de fluoruro dopada con lantánidos emite luz UV-vis a través de procesos UC de transferencia de energía. Se produce el proceso de reabsorción de radiación posterior de los activadores de lantánidos a la capa de perovskita. La emisión visible de la capa de perovskita se produce mediante la recombinación de electrones en el CB y huecos en el VB.

Este nanotransductor exhibió una amplia respuesta lineal a los rayos X con varias tasas de dosis y fotones UV y NIR a diferentes densidades de potencia. Como se discutió en la sección 4.4, sin integrar la capa de perovskita, los NS de fluoruro dopados con lantánidos también se pueden usar para la generación de XEOL, UC y DS, lo que podría ser posible para la realización de la detección de banda ancha en teoría y necesita más estudio en el futuro. futuro.

Las nanopartículas de fluoruro dopadas con lantánidos son candidatas adecuadas para los NS de próxima generación debido a su baja biotoxicidad, alta fotoestabilidad/estabilidad ambiental, facilidad de procesamiento del dispositivo, propiedades XEOL y XEPL ajustables y otras características útiles.

Para promover el desarrollo de NS de fluoruro de alto rendimiento y sus aplicaciones prácticas, el equipo analizó a continuación los desafíos existentes y las futuras oportunidades multidisciplinarias en este campo. Comprender el mecanismo XEOL beneficia el diseño y la exploración de nuevos NS de fluoruro. En la actualidad, no está claro cómo los portadores de carga de baja energía cinética generados son transportados a los centros luminiscentes o capturados por defectos y los factores de influencia correspondientes.

Los primeros niveles excitados no radiativos poblados y los niveles radiativos de activadores de lantánidos son óptimos al calcular o caracterizar las diferencias de energía entre estos portadores de carga. Estos cálculos guiarán el diseño de procesos de transferencia de energía para igualar las diferencias de energía seguidas por el rendimiento de luz mejorado. Un LY alto es un requisito previo para la realización de aplicaciones de tasas de dosis ultrabajas. + Explora más

Luminiscencia eficiente en el infrarrojo cercano en perovskitas dobles de haluros totalmente inorgánicos dopadas con lantánidos