Nanopartículas em camadas podem trazer novas fronteiras em bioimagem, energia solar e segurança

Por Renata  Kaminski                                                                                                                   Dpto. de Química, UFS / Aracajú – SE

Renata - FiguraConverter luz de baixa energia em energias maiores não é um processo simples. Envolve a captura de um ou mais “pacotinhos” de luz, chamados de fótons, de uma fonte de luz de baixa energia e combinar essa energia para formar um “pacote maior”, ou melhor, fóton de maior energia. Essa conversão é objeto de estudo de muitos grupos de cientistas pelas muitas aplicações possíveis: como captura de energia solar, bioimagem, etc.

Os compósitos dopados com íons lantanídeos são sempre muito promissores e muito utilizados devido à sua luminescência. Entretanto, seu brilho de emissão e a energia necessária para excitação (faixa de comprimento de onda) são limitados pela banda de absorção fraca e estreita desses íons. Um grupo de cientistas da Universidade de Búfalo introduziu um novo conceito de transferência de energia em cascata de um corante orgânico capaz de captar energia na região do infravermelho (energia baixa) para um íon sensibilizador na outra camada e na sequência para pares de íons que fazem a conversão no núcleo da estrutura. Não só a transferência de energia é feita em cascata, como existe uma estrutura em camadas como se fosse uma cebola. Na “casca” fica um corante orgânico, a camada do meio é composta de neodímio e o núcleo é composto de itérbio e túlio. Cada camada dessa cebola tem uma função específica: o corante orgânico absorve fótons de baixa energia, agindo como uma antena e captando energias baixas, e transfere a energia para a outra camada. A camada que contém neodímio age como uma ponte do corante para o núcleo emissor de luz. No núcleo, os íons trabalham em harmonia, o itérbio extrai a energia e passa ao túlio, que tem a capacidade de absorver a energia de 3, 4 ou 5 fótons de uma só vez, e emitir em um fóton de mais alta energia e na região do UV.

Nesse momento nos perguntamos, mas então por que não usamos somente o núcleo? As camadas trabalham sinergicamente. O núcleo não é capaz de absorver os fótons de baixa energia sozinho, o que levou à necessidade do corante para captar essa energia. Uma vez colocado o corante, a camada contendo neodímio foi necessária para transferência de energia. Como uma escadaria, só que de níveis de energia! Para que as transferências sejam eficientes, é necessário que os estados de energia sejam próximos, e o itérbio e o corante possuem estados de energia muito diferentes, enquanto o neodímio possui estados intermediários entre o corante e o túlio, fazendo uma ponte. Essa escadaria de energia abre muitas possibilidades para o futuro, pois essas nanopartículas são 100 vezes mais eficientes na conversão de luz infravermelha e UV. É o alinhamento hierárquico de níveis de energia que permite a transferência unidirecional da energia captada, e previne a transferência inversa, que, por sua vez, aumenta o rendimento, pois não há perdas.

Essa conversão recorde pode ser usada na melhoria dos diagnósticos por imagem, nas terapias induzidas por luz em tecidos profundos e mesmo como uma tinta de segurança, para impressão de marcas em notas de dinheiro.

Quando radiação infravermelho pode ser usada para ativar nanopartículas emissoras de luz em tecidos menos acessíveis do organismo, eles podem fornecer imagens de alto contraste para regiões de interesse. No campo da segurança, uma tinta enriquecida com essas nanopartículas poderia ser invisível a olho nu e se tornar azul brilhante quando irradiada com um laser de baixa energia, o que tornaria extremamente difícil a falsificação e muito fácil a verificação da autenticidade.

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