Nanotermómetros basados en espectroscopía de emisión por upconversión en NaYF4: Er3+, Yb3+, Nd3+

Abstract

Para el presente trabajo se han fabricado nanopartículas de NaYF4: Er3+, Yb3+, Nd3+ que fueron utilizadas como nanotermómetros capaces de medir la temperatura de las nanopartículas y de su entorno. Para este propósito se han estudiado las emisiones por upconversion asociadas a los iones dopantes de Er3+, Yb3+ y Nd3+ en las nanopartículas de NaYF4. Esta emisión por upconversion se produce como producto de un proceso de cross-trasnfer. El proceso de upconversion consiste en la absorción sucesiva de dos fotones, en el rango infrarrojo, mediante una doble excitación y la subsecuente emisión de un único fotón con alta energía, en el rango visible. Las nanopartículas de NaYF4: Er3+, Yb3+ producen radiación por upconversion cuando son excitadas con un láser que presenta una longitud de onda de 980 nm. En este trabajo hemos agregado los iones de Nd3+, para obtener la misma emisión por upconversion, pero con la excitación de un láser de una longitud de onda de 808 nm. Esta diferencia es importante, ya que, para ciertas aplicaciones en el campo de la biomedicina, como se verá más adelante, es preferible la utilización de un láser de 808 nm de longitud de onda. Con la adición de estos iones dopantes lantánidos de Nd3+, se ha estudiado el comportamiento de la fluorescencia de las nanopartículas de NaYF4: Er3+, Yb3+, Nd3. Esta fluorescencia corresponde a la emisión de las siguientes transiciones: 2H11/2 → 4I15/2 y 4S3/2 → 4I15/2, que demuestran ser sensibles para cambios de temperatura de algunos grados Celsius. Al irradiar las nanopartículas con un láser de 808 nm, observamos la fluorescencia en verde. Esto nos llevó a analizar los espectros de emisión de la muestra, y al calentarla, con un horno diseñado y calibrado en el laboratorio de Materia Condensada, pudimos observar una variación en los picos de emisión en verde, con respecto a la emisión en rojo, que no mostro ninguna variación. Tomando como referencia a algunos autores (Vetrone et al., 2010) pero con la adición de los iones de Nd3+, para disminuir la longitud de onda de excitación, se logró calibrar las nanopartículas de NaYF4: Er3+, Yb3+, Nd3+ como nanotermómetros, con resultados comparables a los obtenidos por Vetrone et al. (2010). Cabe mencionar que estas nanopartículas fueron sintetizadas en el laboratorio de Materia Condensada, utilizando la siguiente proporción entre los compuestos: Y (79,3 %), Yb (18 %), Er (2 %), Nd (0,7 %) y caracterizadas en un trabajo previo, mediante los espectros de absorción y rayos X por Acosta (2019).