Síntesis por el método solvotermal y caracterización por DRX de nanopartículas de NaYF4: Er, Yb, Nd para imágenes por upconversión activadas con 980 nm y 808 nm

Abstract

En la actualidad se necesitan emisiones de radiación para uso en imágenes biológicas que no sean contaminantes y suficientemente intensas para obtener información de tejidos biológicos. Dentro de lo reportado en la literatura actual para este fin, un mecanismo común que produce dichas imágenes es la fluorescencia, y en particular una alternativa en desarrollo es la fluorescencia mediante el proceso de upconversion, siendo la matriz o red cristalina NaYF4 dopada con iones de tierras raras, una de las más eficaces para la fluorescencia en el espectro visible debido a su casi nula perdida de energía por fonones en este rango de energías. La red cristalina NaYF4 o comúnmente llamada fluorita, dopada con tierras raras, se estudia ampliamente para numerosas aplicaciones ópticas, tales como en celdas solares, amplificación óptica, biomarcadores, y recientemente para la terapia fotodinámica del cáncer. [1] Existen una variedad de dopantes utilizados para generar emisiones de radiación por upconversion. En particular, para el presente trabajo se utiliza como dopantes el Erbio (Er), Iterbio (Yb) y Neodimio (Nd); donde las emisiones en el rango visible provienen del dopante Er como resultado de las transiciones atómicas por upconversion entre niveles que inicialmente han sido excitados con radiación incidente en el infrarrojo con una longitud de onda de 980 nm en el dopante Yb, siendo dicha radiación incidente poco penetrante en los tejidos biológicos y por lo tanto poco eficiente en la generación de fluorescencia. Asimismo, en la actualidad se buscan materiales multifuncionales con los cuales no solo se puedan obtener imágenes, sino que, entre otras cosas, sirvan a la vez como sensores de temperatura o como elementos que generen calor, como es el caso del Nd en otras matrices, para aplicaciones en fototerapia.

Se ha reportado en la literatura que la eficiencia de fluorescencia por upconversion como biomarcador se puede mejorar con un tercer dopante como la tierra rara Neodimio (Nd); reemplazando, por lo tanto, la radiación incidente en el infrarrojo de 980 nm por la radiación incidente en el infrarrojo de 808 nm, radiación que resulta penetrante en los tejidos biológicos. En el capítulo 1, se aborda los antecedentes del tema a tratar, desde las aplicaciones actuales, como los biomarcadores y la ciencia del arte de los procesos de fluorescencia por upconversion, en particular en el cristal NaYF4. También se abordará los objetivos, alcance y limitaciones del presente estudio. En el capítulo 2, se describe las técnicas experimentales para realizar la síntesis del NaYF4 tridopada con tierras raras, el equipamiento utilizado y los arreglos experimentales realizados para la obtención de los resultados necesarios para la contrastación con las hipótesis planteadas. En el capítulo 3, se presentan los resultados logrados, tanto en las instalaciones de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería, como en los laboratorios de la Universidad Autónoma de México y en el Instituto Politécnico Nacional de la Ciudad de México CINVESTAV. Finalmente, en el capítulo 4 se describen las conclusiones.