Emissões multicoloridas por meio de transferência de energia bidirecional em nanopartículas caroço/casca/casa de conversão ascendente sensibilizadas por Nd3+ para aplicações em bioimagens

Resumo

As nanopartículas de conversão ascendente (UCNPs) baseadas em íons Lantanídeos (Ln3+) atraíram um grande interesse devido à sua ampla gama de aplicações biológicas, tanto in vitro quanto in vivo. Essas UCNPs possuem vantagens proeminentes, tais como alta resolução de emissão espacial, maior profundidade de penetração em tecido com luz de excitação no infravermelho próximo (NIR), menor espalhamento de luz e baixo sinal de fundo de autofluorescência. No entanto, o laser de 980 nm, geralmente aplicado para desencadear os processos de conversão ascendente sensibilizados pelo Yb3+, é fortemente absorvido pelas moléculas de água em estruturas biológicas e pode causar graves efeitos de superaquecimento que danificam células e tecidos. Para abordar este problema, pesquisas recentes se concentraram na extensão do espectro de excitação de conversão ascendente para comprimentos de onda mais curtos (especialmente, na proximidade de 808 nm), onde as moléculas de água não absorvem significativamente. Existem poucos trabalhos científicos sobre a emissão de conversão ascendente sensibilizada por corante (NIR dyes) como uma estratégia para deslocar a excitação para um comprimento de onda mais curto sem comprometer a eficiência de excitação. Tendo em conta este conceito fundamental, desenvolvemos pela primeira vez UCNPs do tipo NaYF4:Yb3+(30)/Tm3+(0.5)@NaYF4:Yb3+(X = 0,2,5,10,20), dispersáveis em agua e sensibilizadas por corante do tipo NIR-II (i.e., IR-1061), como parte do meu projeto de pós-doutorado na instituição de origem (IQ, UNESP). Conseguimos atingir cerca de 70% de melhoria na emissão de NIR-I (ou seja, emissão de 800 nm de íon Tm3+). Infelizmente, esta emissão não é adequada para aplicação de bioimagem sob excitação a laser 980, uma vez que a emissão das UCNPs se sobrepõe fortemente à absorção de corante IR-1061 em água nesta região. Para abordar a questão do dano tecidual induzido por laser NIR, agora estamos trabalhando para introduzir íons Nd3+ como absorventes de NIR e sensibilizadores nas partículas UCNPS convencionais do tipo core/shell /shell dopadas com Yb+3 para garantir transferência de energia de forma bidirecional (Nd3+ ’ Nd3+ ’ Yb3+ ’ X3+ (X = Tm3+ e Ho3+, ativador). No período de estágio de pesquisa (BEPE) de 12 meses no INRS-EMT, Canadá, estas UCNPs de tipo core/shell /shell sensibilizadas pelo Nd3+ serão examinadas quanto ao seu potencial em aplicações de bioimagem (in vitro e in vivo) usando a infraestrutura ideal de pesquisa disponível no grupo de pesquisa do Prof. Vetrone. Os principais objetivos do trabalho de pesquisa proposto no instituto anfitrião canadense serão (i) modificação da superfície das UCNPs de core/shell/shell sensibilizadas por Nd3+ empregando métodos de revestimento com polímero, revestimento com sílica e troca de ligantes (ii) caracterização das propriedades estruturais e óticas destas nanopartículas biocompatíveis dispersáveis em água e (iii) finalmente, testar estas UCNPs modificadas para aplicações em bioimagem (in vitro e in vivo). A participação neste programa de estágio de pesquisa contribuirá decisivamente na formação do Dr. Hazra e permitirá o intercâmbio de habilidades e informações científicas com pesquisadores eminentes de diferentes áreas da física, química e biologia, iniciando assim importante colaboração científica entre os grupos de Araraquara e Quebec. (AU)