La luz que emite una partícula luminiscente suele ser menos energética que la luz que absorbe. Algunas aplicaciones requieren que la luz emitida sea más enérgica, pero este llamado proceso de conversión ascendente se ha observado solo en un pequeño puñado de materiales. Xiaogang Liu en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y sus compañeros de trabajo ahora han logrado expandir la lista de materiales de conversión ascendente, facilitando el camino hacia nuevas aplicaciones.

Las partículas de conversión ascendente tradicionales se distinguen por sus niveles de energía uniformemente espaciados o "en forma de escalera" que pueden asumir sus electrones internos. Los espaciamientos pares permiten que un electrón ascienda en energía muchas veces consecutivas, absorbiendo muchos fotones del mismo color. Cuando un electrón que ha sido promovido a una energía alta finalmente se relaja de nuevo al estado de energía más baja, emite un fotón que es más energético que los fotones que lo excitaron al principio.

Las nanopartículas dopadas con elementos del grupo lantánido de la tabla periódica son capaces de conversión ascendente, y son útiles para la obtención de imágenes biológicas porque su emisión de alta energía se puede distinguir claramente del ruido de fondo. Sin embargo, solo tres elementos de la serie de lantánidos son eficientes en la conversión ascendente:erbio, tulio, y holmio. Esta lista es tan corta debido a los requisitos simultáneos que una partícula de conversión ascendente exhibe una estructura de energía electrónica similar a una escalera, y también emisión eficiente.

Liu y sus colegas resolvieron este problema utilizando diferentes lantánidos para realizar diferentes etapas del proceso de conversión ascendente. Los elementos sensibilizadores absorben la luz incidente, y transferir la energía absorbida a acumuladores cercanos, cuyos electrones se elevan a altos niveles de energía. Luego, la energía almacenada en los acumuladores se transfiere saltando a través de muchos migradores, hasta que se alcance un activador. Finalmente, el activador libera un fotón de alta energía.

Al asignar diferentes elementos a cada una de estas cuatro funciones, los investigadores pudieron facilitar los requisitos de cualquier elemento individual. Además, Se evitaron interacciones no deseadas entre diferentes elementos separándolos espacialmente dentro de una única nanopartícula esférica que tiene sensibilizadores y acumuladores en el núcleo. activadores en el caparazón y migradores tanto en el núcleo como en el caparazón.

Este diseño permitió a Liu y su equipo observar un espectro de colores de la emisión de europio convertida, terbio, disprosio y samario (ver imagen). El mismo enfoque también puede permitir que otros elementos emitan de manera eficiente. “Nuestros resultados pueden conducir a avances en la biodetección ultrasensible, "Dice Liu, "Y debería inspirar a más investigadores a trabajar en este campo".