Nanossistemas luminescentes multifuncionais vítreos e cerâmicos para aplicações em termometria e oximetria

• Processo: 21/01170-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Hellmut Eckert
• Beneficiário: Pedro Felipe Garcia Martins da Costa
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/07051-1 - Desenvolvimento de sondas luminescentes baseadas em nanopartículas de lantanídeos e pontos quânticos para termometria, BE.EP.DR
• Assunto(s): Propriedades ópticas Pontos quânticos Sensores Nanocompósitos Íons Terras raras Nanopartículas Termometria Oximetria
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: glassy nanocomposites | quantum dots | Rare Earth Ions | Sensors | Upconversion | yttrium fluoride nanoparticles | Propriedades ópticas e luminescentes da matéria

Resumo

O desenvolvimento de sensores térmicos operando remotamente vem atraindo muita atenção na última década para o monitoramento de temperatura em nível microscópico no controle de funções biológicas, detecção de incêndios, monitoramento de ambientes corrosivos e eletromagnéticos, etc. Entre as possibilidades de medida remota destacam-se as técnicas ópticas que dependendem de mudanças espectrais induzidas por variações na temperatura. A termometria de luminescência explora a dependência da temperatura da posição espectral, largura de banda, intensidade, polarização ou tempo de vida de emissão. Em particular, a termometria de razão da intensidade de fluorescência (RIF) é a mais explorada, principalmente na região espectral do visível, pois não depende de variações na concentração da amostra, alinhamento ou potência de excitação. Menos comumente estudada é a termometria RIF no infravermelho, tirando proveito das emissões dos íons Terras Raras (TR) Nd3+, Yb3+ e Tm3+. Por esta razão, propõe-se o estudo de nanoparticulas (NPs) de NaYF4 dopadas com esses íons. As NPs ""núcleo"" serão recobertas com camadas de sílica que servirão como plataforma para a imobilização de pontos quânticos (QDs) de CdTe e CdS cujas emissões no visível respondem sensivelmente à presença de oxigênio molecular. Os QDs que irão compor a ""casca"" das NPs multifuncionais são sondas ópticas extremamente versáteis mas apresentam as desvantagens de síntese em condições críticas e complicadas, a instabilidade coloidal em meio aquoso e a toxicidade em meio biológico. Por outro lado, a incorporação em uma matriz hospedeira sólida garante a biocompatibilidade e estabilidade do material em solução aquosa. Dando um passo além, a fim de assegurar a verstatilidade de aplicação destes materiais em dispositivos, na forma de filmes ou monolitos, as NPs do tipo ""núcleo-casca"" serão dispersadas em matrizes silicatos, obtidos pela metodologia sol gel. Essa abordagem já foi utilizada no LEMAF com sucesso para imobilizar partículas de YAP:Ce em monolitos luminescentes. É importante ressaltar que, além do objetivo principal deste projeto que é obter NPs multifuncionais combinando as diferentes espécies luminescentes (NaYF4:TR e QDs) - as quais serão obtidos inicialmente de maneira individual, estas nanoestruturas também servirão à pesquisa para outras possíveis aplicações como bioimageamento, aprimoramento da eficiência de células solares, desenvolvimento de interruptores moleculares e geração de harmônicos em plasmons de QDs. Recentemente, o LEMAF estabeleceu colaborações importantes com grupos de pesquisa na Universidade de Münster, Alemanha, liderados pela Prof. Cornelia Denz (Física, células solares orgânicas), Prof. Cristian Strassert (Química, bioimageamento), Prof. Bart Jan Ravoo (Nanomateriais, interruptores moleculares) e Prof. Helmut Zacharias (Física, geração de harmônicos). As amostras obtidas neste projeto serão fornecidas a estes grupos de pesquisa dando a oportunidade ao estudante de maximizar a utilização de seus materiais e aprendizado e até realizar um estágio de pesquisa na Alemanha ou outro País. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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ARAI, MARYLYN S.; DE CAMARGO, ANDREA S. S.. Exploring the use of upconversion nanoparticles in chemical and biological sensors: from surface modifications to point-of-care devices. NANOSCALE ADVANCES, v. 3, n. 18, JUL 2021. (13/07793-6, 19/12588-9, 21/01170-3)

KAERCHER, VICTOR; REIKER, TOBIAS; DA COSTA, PEDRO F. G. M.; DE CAMARGO, ANDREA S. S.; ZACHARIAS, HELMUT. Quantum control in size selected semiconductor quantum dot thin films. NANOPHOTONICS, v. 14, n. 2, p. 11-pg., 2025-01-16. (21/01170-3, 13/07793-6)

ARAI, MARYLYN SETSUKO; KIM, HYUNHO; PASCAVIS, MADELEINE; CHA, BAEKDONG; BRAMBILLA, GABRIEL; CHO, YOUNG KWAN; PARK, JINHO; VILELA, RAQUEL R. C.; DE CAMARGO, ANDREA S. S.; CASTRO, CESAR M.; et al. Upconverting Nanoparticle-based Enhanced Luminescence Lateral-Flow Assay for Urinary Biomarker Monitoring. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 16, n. 29, p. 9-pg., 2024-07-09. (13/07793-6, 21/01170-3, 19/12588-9, 21/11531-3)