Ln3+-doped nanoparticles for luminescence thermometry - Balabhadra, Sangeetha (2018)
A temperatura é uma variável chave que afeta a maior parte dos sistemas, quer naturais quer construídos pelo Homem. A medida da temperatura é global, uma vez que regula a cinética e a reatividade daqueles sistemas, ao nível atómico e macroscópico. Os sensores convencionais são ineficientes para a medição remota da temperatura à micro e à nanoescala o que, nos últimos anos, tem inspirado o desenvolvimento de nanotermómetros não-invasivos, sem contato, autorreferenciados e exibindo alta sensibilidade térmica. Neste contexto, a utilização de iões lantanídeos trivalentes (Ln3+), devido às suas propriedades fotoluminescentes que dependem fortemente da temperatura, tem sido uma das aproximações mais promissoras. Esta tese discuta as propriedades de nanopartículas dopadas com iões Ln3+ emitindo na gama espectral do visível e infravermelho-próximo como sensores de temperatura molecular. Na primeira parte da tese, estudaram-se nanopartículas de Gd2O3 dopadas com Nd3+ operando na gama espectral do infravermelho-próximo como nanotermómetros luminescentes baseados num rácio de intensidades. A emissão de nanotubos e nanobastonetes de Gd2O3:Nd3+ foi medida usando um tubo fotomultiplicador R928 comum na primeira janela biológica (800920 nm) tendo-se obtido na faixa fisiológica (288323 K), respetivamente, uma sensibilidade térmica e uma incerteza em temperatura de 1.75±0.04 %K-1 e 0.14±0.05 K. A dependência com a temperatura da emissão de nanoesferas de Gd2O3:Nd3+ na segunda janela biológica (12501550 nm), com excitação a 808 nm na primeira janela biológica, foi, também, estudada mostrando uma sensibilidade térmica máxima de 0.237±0.03 %K-1 a 303 K. Na segunda parte da tese foram desenvolvidas nanopartículas conversoras ascendentes de energia de Gd2O3 e SrF2 dopadas com Yb3+/Er3+ para termometria, tendo como parâmetro termométrico a intensidade integrada das transições 2H11/24I15/2/4S3/24I15/2 do ião Er3+. Desenvolveram-se nanoplataformas combinando nanotermómetros de Gd2O3:Yb3+/Er3+ com nanopartículas de Ouro (nanoaquecedores) para medir a temperatura induzida pelo plasmão das partículas metálicas. A condição ótima para um aquecimento térmico efetivo foi conseguida ajustando a banda de ressonância de superfície localizada do plasmão (LSPR) na gama fisiológica (302330 K). Quando comparadas com as nanopartículas de Gd2O3:Yb3+/Er3+, as nanopartículas de SrF2:Yb3+/Er3+ apresentam uma eficiência de emissão da conversão ascendente de energia e uma dispersibilidade superiores tendo sido estudada a dependência com a temperatura das suas propriedades de emissão, tanto em forma de suspensão como em pó. Além disso, realizaram-se medições do fluxo espectral e do rendimento quântico absoluto de emissão usando um espectrômetro com uma esfera de integração e um medidor de potência. Foi, também, proposto um método inovador para prever a curva de calibração da intensidade de emissão versus temperatura de qualquer termómetro luminescente baseado em dois níveis eletrónicos termicamente acoplados, utilizando como exemplo nanopartículas de SrF2:Yb3+/Er3+.