Upconversion luminescent hollow Er3+,Yb3+ co-doped Y2SiO5 spheres for biophotonics: In vitro cytotoxicity and cellular sub-locality evaluation in glioblastoma cells

Autor(es)

dos Santos, Luiz Fernando ; Gomes, Luiz Fernando Tomazini ; Lima, Karmel de Oliveira ; Dalossio, Vinicius Paulino ; Calori, Italo Rodrigo ; Borges, Hiago Salge ; Piva, Henrique Luis ; Tedesco, Antonio Claudio ; Goldner, Philippe ; Goncalves, Rogeria Rocha

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: MATERIALS TODAY COMMUNICATIONS; v. 42, p. 11-pg., 2025-01-01.

Resumo

Nanostructures that can perform upconversion have been used in several research fields including bioimaging, energy conversion, sensors, and catalysis. In this study, we present the synthesis and comprehensive characterization of Er3+, Yb3+-co-doped Y2O3, and Y2SiO5 nanoparticles designed for upconversion applications in the biomedical field. The synthesized nanoparticles were morphologically, structurally, and spectroscopically characterized to investigate their potential for bioimaging and in vitro assays in glioblastoma cells. We evaluated Y2SiO5 crystallization by varying the SiO2 layer thickness on the surface of the Y(OH)CO3 cores and observed the formation of dispersed hollow spheres using transmission electron microscopy. The X-ray diffraction patterns confirmed the highly crystalline nature of the nanoparticles, showing both cubic Y2O3 and monoclinic X1- Y2SiO5 crystalline patterns. The vibrational spectroscopy results further supported the structural analysis, revealing specific vibrational modes related to tetrahedral SiO4 stretching in the X1-Y2SiO5 nanoparticles. Photoluminescence studies demonstrated intense green emissions at 525-545 nm and red emission at 650 nm under excitation with a continuous-wave laser at 980 nm. The upconversion processes were analyzed and explained. In vitro studies with the high-grade glioblastoma cell lines U87MG and KNS42 showed promising results with minimal cytotoxic effects, and the subcellular localization of the nanoparticles in the cytoplasm was verified by luminescence, indicating their potential for glioblastoma multiforme diagnosis and phototherapeutic applications in nanomedicine. This work highlights the significant promise of these multifunctional nanoparticles for the advancement of biophotonics and development of safer and more efficient therapeutic approaches in nanomedicine. (AU)

• Processo FAPESP: 20/04009-6 - Desenvolvimento de biotinta para impressão em 3D de scaffolds para regeneração de estruturas cartilaginosas
• Beneficiário: Henrique Luis Piva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 20/04157-5 - Plataforma Multifuncional a base de óxidos e fluoretos de terras raras luminescentes para aplicação em Teranóstica
• Beneficiário: Luiz Fernando dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 21/08111-2 - Materiais conversores de luz à base de terras raras: marcadores luminescentes, sensores e amplificadores ópticos
• Beneficiário: Hermi Felinto de Brito
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 21/11803-3 - Desenvolvimento e produção de arcabouços ósseos vascularizados
• Beneficiário: Henrique Luis Piva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 23/03092-5 - Plataformas muntifuncionais baseadas em fluoretos, óxidos e silicatos de terras raras luminescentes para aplicações em fotônica e teranóstica
• Beneficiário: Luiz Fernando dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 18/18213-4 - Síntese de nanomateriais luminescentes multifuncionais à base de fluoretos e óxidos dopados com íons terras raras para aplicação em Teranóstica
• Beneficiário: Karmel de Oliveira Lima
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/05319-9 - Plataformas multifuncionais a base de materiais nanoestruturados luminescentes dopados com íons lantanídeos com potencial aplicação em fotônica e teranóstica
• Beneficiário: Rogéria Rocha Gonçalves
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular