Camadas da cebola-como ajudar este novo brilho nanopartículas eficiente

Nanotecnologia

Rendição de um artista mostra as camadas de uma nova, de nanopartículas cebola-como cujas camadas especialmente criados que possa converter eficientemente invisível luz infravermelha para maior luz azul de energia e UV.



Inovação da partícula está em suas camadas: uma camada de corante orgânico, uma concha contendo neodímio, e um núcleo que incorpora itérbio e túlio. Juntos, esses estratos converter invisível luz infravermelha de maior energia azul e UV luz com eficiência recorde de alta, um truque que poderia melhorar o desempenho das tecnologias que vão desde a geração de imagens de tecido profundo e terapia induzida pela luz para tintas de segurança utilizados para a impressão de dinheiro .

Quando se trata de bioimaging, luz de infravermelho próximo pode ser utilizado para activar as nanopartículas emissores de luz dentro do corpo, fornecendo imagens de elevado contraste de áreas de interesse. No domínio da segurança, tintas com infusão de nanopartículas poderiam ser incorporadas a projetos de moeda; tais tinta seria invisível a olho nu, mas brilham em azul quando atingido por um baixo consumo de energia do laser de pulso um traço muito difícil para os falsificadores se reproduzir.

"Isso abre várias possibilidades para o futuro", diz Tymish Ohulchanskyy, vice-diretor do professor de fotomedicina e pesquisador associado do Instituto de Lasers, Photonics, e Biophotonics (ILPB) na Universidade de Buffalo.

"Ao criar camadas especiais que ajudam a transferência de energia de forma eficiente a partir da superfície da partícula para o núcleo, que emite luz azul e ultravioleta, nosso projeto ajuda a superar alguns dos obstáculos de longa data que as tecnologias anteriores enfrentados", diz Guanying Chen, professor de química em Harbin Institute of Technology e professor associado de pesquisa ILPB.

"Nossa partícula é cerca de 100 vezes mais eficiente na luz 'upconverting" do que as nanopartículas semelhantes criados no passado, tornando-se muito mais prático ", diz Jossana Damasco, um estudante de química PhD UB que desempenhou um papel fundamental no projeto.


A pesquisa foi publicado online na revista Nano Letters em 21 de outubro e conduzido pelo Instituto de Lasers, Photonics, e Biophotonics na UB, e do Instituto de Tecnologia de Harbin China, com contribuições do Instituto Real de Tecnologia da Suécia; Tomsk State University, na Rússia; e da Universidade de Massachusetts Medical School.


O autor sênior do estudo foi Paras Prasad, ILPB diretor-executivo e SUNY Distinguished Professor de química, física, medicina e engenharia elétrica na UB.

Retirar as camadas


Conversão de luz de baixa energia à luz de energias mais altas não é fácil de fazer. O processo envolve a captura de dois ou mais pequenos pacotes de luz chamados "fótons" a partir de uma fonte de luz de baixo consumo energético, e combinação de sua energia para formar um fóton, de maior energia única.

A nanopartícula onionesque executa essa tarefa muito bem. Cada um dos seus três camadas cumpre uma função única:

  • A camada mais exterior é um revestimento orgânico de corante. Este corante é adepto de absorção de fótons de baixa energia fontes de luz do infravermelho próximo. Ele atua como uma "antena" para a nanopartícula, colhendo luz e transferência de energia dentro, diz Ohulchanskyy.
  • A próxima camada é uma concha contendo neodímio. Esta camada actua como uma ponte, a transferência de energia a partir do corante ao núcleo emissor de luz da partícula.
  • Dentro do núcleo de emissão de luz, os íons de itérbio e túlio trabalhar em conjunto. Os íons de itérbio tirar a energia para o núcleo e passar a energia para os íons de túlio, que têm propriedades especiais que lhes permitam absorver a energia de três, quatro ou cinco fótons de uma vez, e, em seguida, emitir um único fóton de alta energia de azul e luz UV.

Então, por que não usar apenas o núcleo? Por que adicionar a camada de corante e neodímio em tudo?

Como Ohulchanskyy e Chen explicar, o próprio núcleo é ineficiente na absorção de fótons do mundo exterior. É aí que o corante entra.

Uma vez que você adicionar a tintura, a camada contendo neodímio é necessário para a transferência de energia de forma eficiente a partir de corante ao núcleo. Ohulchanskyy usa a analogia de uma escada para explicar por que isso é: Quando moléculas ou íons em um material absorver um fóton, eles entram em um estado "animado" a partir do qual eles podem transferir energia a outras moléculas ou íons. A transferência mais eficiente ocorre entre moléculas ou iões, cujos estados animado requerem uma quantidade similar de energia para obter, mas os iões corantes e itérbio têm estados excitados com energias muito diferentes. Assim, a equipe adicionou-neodímio cujo estado é animado em que entre o corante e de thulium's-para actuar como uma ponte entre os dois, criando uma "escada" para a energia de viajar para baixo para alcançar emissores de iões de túlio.

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» Onion-like layers help this efficient new nanoparticle glow
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