Un nuevo nanopartículas similares a cebollas podrían abrir nuevas fronteras en biomaging, captación de energía solar y técnicas de seguridad basadas en la luz.

La innovación de la partícula radica en sus capas:una capa de tinte orgánico, una cáscara que contiene neodimio, y un núcleo que incorpora iterbio y tulio. Juntos, Estos estratos convierten la luz infrarroja cercana invisible en luz azul y ultravioleta de mayor energía con una eficiencia récord, un truco que podría mejorar el rendimiento de tecnologías que van desde la obtención de imágenes de tejido profundo y la terapia inducida por luz hasta las tintas de seguridad que se utilizan para imprimir dinero.

Cuando se trata de bioimagen, la luz del infrarrojo cercano podría usarse para activar las nanopartículas emisoras de luz en el interior del cuerpo, proporcionando imágenes de alto contraste de áreas de interés. En el ámbito de la seguridad, las tintas con infusión de nanopartículas podrían incorporarse en los diseños de monedas; tal tinta sería invisible a simple vista, pero brillan en azul cuando son golpeados por un pulso láser de baja energía, un rasgo muy difícil de reproducir para los falsificadores.

"Abre múltiples posibilidades para el futuro, "dice Tymish Ohulchanskyy, subdirector de fotomedicina y profesor asociado de investigación en el Instituto de Láseres, Fotónica, y Biofotónica (ILPB) en la Universidad de Buffalo.

"Al crear capas especiales que ayudan a transferir energía de manera eficiente desde la superficie de la partícula al núcleo, que emite luz azul y ultravioleta, Nuestro diseño ayuda a superar algunos de los obstáculos de larga data que enfrentaron las tecnologías anteriores, "dice Guanying Chen, profesor de química en el Instituto de Tecnología de Harbin y profesor asociado de investigación del ILPB.

"Nuestra partícula es aproximadamente 100 veces más eficiente en la 'conversión ascendente' de la luz que las nanopartículas similares creadas en el pasado, haciéndolo mucho más práctico, "dice Jossana Damasco, estudiante de doctorado en química de la UB que tuvo un papel fundamental en el proyecto.

La investigación se publicó en línea en Nano letras el 21 de octubre y dirigido por el Instituto de Láseres, Fotónica, y Biofotónica en la UB, y el Instituto de Tecnología de Harbin en China, con contribuciones del Real Instituto de Tecnología de Suecia; Universidad Estatal de Tomsk en Rusia; y la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.

El autor principal del estudio fue Paras Prasad, Director ejecutivo de ILPB y Profesor Distinguido de Química de SUNY, física, medicina e ingeniería eléctrica en la UB.

Pelar las capas

Convertir luz de baja energía en luz de energías superiores no es fácil de hacer. El proceso implica capturar dos o más pequeños paquetes de luz llamados "fotones" de una fuente de luz de baja energía. y combinando su energía para formar un solo, fotón de mayor energía.

La nanopartícula onionesca realiza esta tarea a la perfección. Cada una de sus tres capas cumple una función única:

• La capa más externa es una capa de tinte orgánico. Este tinte es experto en absorber fotones de fuentes de luz infrarroja cercana de baja energía. Actúa como una "antena" para la nanopartícula, recolectando luz y transfiriendo energía al interior, Ohulchanskyy dice.
• La siguiente capa es una capa que contiene neodimio. Esta capa actúa como un puente, transfiriendo energía del tinte al núcleo emisor de luz de la partícula.
• Dentro del núcleo emisor de luz, Los iones de iterbio y tulio funcionan en conjunto. Los iones de iterbio atraen energía al núcleo y la pasan a los iones de tulio, que tienen propiedades especiales que les permiten absorber la energía de tres, cuatro o cinco fotones a la vez, y luego emite un solo fotón de mayor energía de luz azul y ultravioleta.

Entonces, ¿por qué no usar el núcleo? ¿Por qué añadir el tinte y la capa de neodimio?

Como explican Ohulchanskyy y Chen, el propio núcleo es ineficaz para absorber fotones del mundo exterior. Ahí es donde entra el tinte.

Una vez que agregas el tinte, la capa que contiene neodimio es necesaria para transferir energía de manera eficiente del tinte al núcleo. Ohulchanskyy usa la analogía de una escalera para explicar por qué ocurre esto:cuando las moléculas o iones en un material absorben un fotón, entran en un estado "excitado" desde el cual pueden transferir energía a otras moléculas o iones. La transferencia más eficiente ocurre entre moléculas o iones cuyos estados excitados requieren una cantidad similar de energía para obtener, pero los iones tinte e iterbio tienen estados excitados con energías muy diferentes. Entonces, el equipo agregó neodimio, cuyo estado de excitación se encuentra entre el del tinte y el del tulio, para actuar como un puente entre los dos. creando una "escalera" para que la energía viaje hacia abajo para llegar a emitir iones de tulio.