Lanthanide-Doped Upconversion Nanomaterials: Recent Advances and Applications

Abstract

Lanthanide-doped upconversion nanomaterials are well known for converting near-infrared (NIR) excitation photons into visible, ultraviolet, and NIR emission photons. Excitation of NIR light offers low autofluorescence background and high penetration depth in biological environments due to the reduced light scattering. Consequently, these have attracted considerable interest because their exceptional optical properties have led to applications in diverse areas such as bioassays, biomedical imaging, and forensics; these properties are, namely: large anti-Stokes shifts, sharp emission spectra and long excited-state lifetimes. The nanomaterials can be utilized for a variety of applications including detection of various analytes, bioimaging, therapies, energy conversion, and security. In this review, we briefly describe the upconversion luminescence process, effective synthetic approaches, and recent literature that elucidate the exceptional properties of these materials and its applications.

Люминесцентные Наноматериалы, Допированные Редкоземельными Ионами, И Перспективы Их Биомедицинского Применения (Обзор)

“…Возможность точной настройки цвета ап-конверсионной люминесценции в наночастицах, допированных РЗИ, представляет значительный интерес для их потенциальных применений в биоаналитических методах, медицинской визуализации и терапии [74,75]. В последние годы в качестве легирующей добавки часто используют ионы Nd 3+ (поглощение в области 800 nm), однако в качестве сенсибилизатора добавляют ионы Yb 3+ для уменьшения вероятности перегрева ткани [5,18].…”

“…Основным преимуществом ап-конверсионных люминесцентных биозондов является снижение помех, обусловленных автофлуоресценцией и светорассеянием клеток и тканей, за счет возбуждения в ближней инфракрасной области спектра. В связи с этим в последние годы были синтезированы различные типы ап-конверсионных наночастиц для различных биологических применений, в том числе для FRET анализа и биовизуализации [18,22,25,[162][163][164][165]. Наиболее исследованными материалами являются наночастицы NaYF 4 : Yb/Er, NaYF 4 : Yb/Tm и NaYF 4 : Yb/Er/Tm [166,167].…”

“…Среди них матрицы NaYF 4 и NaGdF 4 хорошо зарекомендовали себя как наиболее эффективные материалы для реализации ап-конверсионного механизма передачи энергии. Таким образом, эти материалы широко используются для визуализации in vitro и in vivo [18,[22][23]175,185,186]. Благодаря высокой эффективности ап-конверсии эти нано-И.Н.…”

“…Позже был продемонстрирован режим трехмодальной визуализации (сочетающей оптическую и МР-визуализации с методом позитронной эмиссионной томографии) [208]. В этой работе исследовали наночастицы NaYF 4 : Yb/Er, покрытые оболочкой из ионов Gd 3+ и меченые радиоактивным изотопом 18 F. Частицы характеризовались ярким ап-конверсионным излучением и высоким T 1 -контрастированием благодаря допированию ионами Yb 3+ , Er 3+ и Gd 3+ . Аналогичным образом авторы работы в последующем исследовании [209] синтезировали наночастицы NaLuF 4 , допированные ионами Gd 3+ , Yb 3+ , Er 3+ (или Tm 3+ ), и также продемонстрировали возможности трехмодальной визуализации (сочетающей оптическую и МР-визуализации с методом компьютерной томографии).…”

“…За последние годы было опубликовано большое количество работ, посвященных синтезу и исследованию свойств люминесцентных наночастиц, допированных РЗИ. Необходимо подчеркнуть, что в литературе есть подробные обзоры, посвященные исследованию люминесцентнооптических свойств наночастиц, описанию технологий их химического синтеза и потенциальных биомедицинских применений in vivo наночастиц, легированных РЗИ [5][6][7][8][9][10][11][13][14][15][16][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36]. В то же время существует ограниченное число работ, посвященных обзору биолюминесцентных методов диагностики in vitro с использованием неорганических наночастиц, активированных РЗИ [4,6,11,22].…”