Блог

Mar 11, 2024

Оценка воспроизводимости и выше

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 2288 (2023) Цитировать эту статью 2409 Доступов 4 Цитирования 2 Подробности об альтернативных метриках Метрики на основе лантаноидов, спектрально-сдвигающие и многоцветные люминесцентные вещества

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2288 (2023) Цитировать эту статью

2409 Доступов

4 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Спектрально-сдвигающие и многоцветные люминесцентные наночастицы с повышением частоты на основе лантаноидов (UCNP) привлекли большое внимание в последние десятилетия из-за их применимости в качестве репортеров для биоизображений, микроскопии сверхвысокого разрешения и зондирования, а также для штрих-кодирования и меток для защиты от подделки. . Предпосылкой для широкого применения UCNP в таких областях, как зондирование и кодирование, являются простые, надежные и легко масштабируемые протоколы синтеза, которые позволяют получить большие количества UCNP размером 20 нм и более с точно контролируемыми и настраиваемыми физико-химическими свойствами из недорогих реагентов. с высокой воспроизводимостью. В этом контексте мы изучили воспроизводимость, надежность и масштабируемость синтеза β-NaYF4:Yb, Er UCNP посредством термического разложения. Параметры реакции включали химический состав растворителя, прекурсора, соотношение и концентрацию. Полученные UCNP затем были исследованы на предмет их физико-химических свойств, важных для применения, таких как размер, распределение по размерам, морфология, кристаллическая фаза, химический состав и фотолюминесценция. Основываясь на этих скрининговых исследованиях, мы предлагаем подход к синтезу в небольшом объеме и высокой концентрации, который может обеспечить UCNP различного, но контролируемого размера, превосходной фазовой чистоты и настраиваемой морфологии в партиях размером до как минимум 5 г, которые хорошо подходят для изготовление датчиков, печатных штрих-кодов или меток для аутентификации и переработки.

Наночастицы со спектральным сдвигом, преобразующие с повышением частоты (UCNP), которые могут преобразовывать ближний инфракрасный (NIR) свет в фотоны люминесценции более высокой энергии посредством нелинейного оптического процесса, демонстрируют множество характерных полос излучения в ультрафиолетовом (УФ), видимом (видимом) диапазоне. а также ближний ИК-диапазон и длительное время жизни люминесценции, которые идеально подходят для оптических измерений с низким фоном и высокой глубиной проникновения в биологические системы1,2,3. Более того, замечательная возможность настройки ап-конверсионной люминесценции (UCL) посредством вариаций основной решетки, кристаллической фазы, типа(ов) и концентрации легирующих редкоземельных ионов (RE3+), размера частиц и морфологии, а также условий возбуждения, т.е. , длина волны возбуждения и плотность мощности могут быть использованы для спектроскопических отпечатков пальцев в области цвета и времени жизни4,5. Тем временем это привело к их использованию в качестве оптических репортеров для приложений обработки изображений и датчиков6,7,8, а также меток для приложений по борьбе с подделкой, обеспечению безопасности, переработке и контролю качества пищевых продуктов9,10. Наиболее часто используемыми кристаллическими матрицами-хозяевами для излучающих UCL UCNP являются фториды, такие как NaYF4, из-за их высокой прозрачности, очень низкой энергии фононов и высокой химической стабильности11. Легирование чаще всего осуществляется парами сенсибилизатор/активатор Yb3+/Er3+ и Yb3+/Tm3+, обеспечивая эффективные UC-материалы с зеленым, красным и синим излучением. Хотя в то же время сообщалось о многих синтетических концепциях сложных UCNP с ядром/многооболочкой различного размера с оптимизированными свойствами люминесценции, такими как высокий квантовый выход UCL12, для многих приложений зондирования, штрих-кодирования и маркировки используются простые архитектуры частиц, состоящие только из ядра, с размерами 25 нм или больше вполне достаточно. Эти UCNP более легко доступны синтетически, а коммерческая доступность таких UCNP по разумной цене может расширить использование технологии повышающей конверсии. Это требует простых и масштабируемых методов синтеза UCNP с использованием относительно безвредных и относительно недорогих прекурсоров, которые позволяют контролируемую настройку физико-химических свойств UCNP, таких как размер, форма и цвет люминесценции.

Тем временем для синтеза UCNP различного размера, морфологии и архитектуры частиц были разработаны различные методы, такие как совместное осаждение13,14,15, гидро(сольво)термическое16,17,18,19,20,21, термическое разложение, и микроволновые методы22,23,24. На сегодняшний день наиболее простым методом получения монодисперсных UCNP с контролируемым размером и морфологией является термическое разложение. Таким образом, предшественники редкоземельных элементов (РЗЭ) нагревают в высококипящей смеси растворителей в присутствии предшественников материала-хозяина. Рост частиц обычно контролируется блокирующим лигандом, который стабилизирует растущие наночастицы в растворе. Для этой цели обычно олеиновую кислоту используют в сочетании с олеиламина или триоктилфосфином25,26. В ранних сообщениях о синтезе UCNP в качестве предшественников РЗ использовались в основном трифторацетаты, такие как CF3COONa и RE(CF3COO)3 (RE = Y, Yb, Tm, Ho и Er)27,28,29,30. Путем тщательного контроля таких параметров, как время реакции и соотношение натрия и трифторацетатов РЗЭ, морфологию UCNP можно изменить от наносфер к гексагональным нанопластинам и от наностержней к нанопризмам30. Поскольку пиролиз трифторацетатов РЗЭ может привести к образованию высокотоксичных фторированных и оксифторированных форм углерода, более поздние предшественники, такие как ацетаты РЗЭ, полученные из оксидов РЗЭ и превращенные в олеаты РЗЭ, в сочетании с NaF31 или NH4F/NaOH32, были использованы для синтеза UCNP различных видов. размера и морфологии путем регулирования соотношения олеата (ОА) к октадецену (ОДЭ) и NH4F или NaF. Например, в 2008 году Ли и др. сообщили о синтезе серии монодисперсных β-NaYF4:Yb, Er и β-NaYF4:Yb, Er UCNP из RECl3, NH4F и NaOH33. На и др. могли бы реализовать контроль морфологии β-NaYF4:Yb,Er/Tm UCNP с помощью поверхностно-активного вещества, добавки и легирования RE34. В этом подходе олеаты RE были получены из RECl3 и выделены перед их использованием для синтеза UCNP. Это обеспечивает отсутствие примесей хлоридов и обеспечивает лучшую растворимость прекурсора. Однако в настоящее время более распространенным подходом является получение in-situ олеатов РЗЭ из хлоридов РЗЭ и их последующее разложение в присутствии NH4F и NaOH35,36.