Detecção de impressões digitais por meio da luminescência autoativada de nanopartículas de fosfato de cálcio amorfo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Jussara Soares da
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16986
Resumo: In this work, stable activator-free photoluminescent nanoparticles based on amorphous calcium phosphate (ACP) were obtained for the first time, and their performance for latent fingerprint imaging was investigated. ACP nanoparticles with irregular rounded shape and diameters in 10–40 nm range were prepared by a rapid and simple chemical precipitation followed by heat treatment at 400 °C for 4 h. Notably, diffuse reflectance spectroscopy, photoluminescence excitation and emission measurements reveal a high density of localized energy states within the wide optical band gap of heat-treated ACP (Eg = 5.25–5.42 eV). This behavior allowed the excitation of ACP in near-ultraviolet region (λexc = 450 nm, 2.75 eV), leading to an intense defect-related broadband (490–890 nm) photoluminescence emission centered at 540 nm (2.30 eV), 50 times more intense than untreated nanoparticles. The effect of lattice shrinkage due to structural water elimination, the presence of ionic vacancies (VCa and VO in PO43-) and carbonate groups (CO32−), on the luminescent properties of ACP were discussed in detail, as well as investigated after aqueous-mediated ACP crystallization into hydroxyapatite (HA). ACP nanoparticles were non-cytotoxic, as determined by MTT assay in Human Dermal Fibroblast neonatal (HDFn) cell line, with cell viabilities superior to 95% in all tested concentrations (20–320 μg/mL), after incubation for 24 and 48 h. Latent fingerprint images were obtained using the ACP nanoparticles under near-ultraviolet irradiation (λexc = 450 nm) in tweezers and LCD smartphone and successfully validated by the Integrated Automated Fingerprint Identification System used by Scientific Police in Spain. The present results evidenced that the new luminescent ACP nanoparticles are safe to be used and agree with the forensic requirements for future legal actions.
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Notably, diffuse reflectance spectroscopy, photoluminescence excitation and emission measurements reveal a high density of localized energy states within the wide optical band gap of heat-treated ACP (Eg = 5.25–5.42 eV). This behavior allowed the excitation of ACP in near-ultraviolet region (λexc = 450 nm, 2.75 eV), leading to an intense defect-related broadband (490–890 nm) photoluminescence emission centered at 540 nm (2.30 eV), 50 times more intense than untreated nanoparticles. The effect of lattice shrinkage due to structural water elimination, the presence of ionic vacancies (VCa and VO in PO43-) and carbonate groups (CO32−), on the luminescent properties of ACP were discussed in detail, as well as investigated after aqueous-mediated ACP crystallization into hydroxyapatite (HA). ACP nanoparticles were non-cytotoxic, as determined by MTT assay in Human Dermal Fibroblast neonatal (HDFn) cell line, with cell viabilities superior to 95% in all tested concentrations (20–320 μg/mL), after incubation for 24 and 48 h. Latent fingerprint images were obtained using the ACP nanoparticles under near-ultraviolet irradiation (λexc = 450 nm) in tweezers and LCD smartphone and successfully validated by the Integrated Automated Fingerprint Identification System used by Scientific Police in Spain. The present results evidenced that the new luminescent ACP nanoparticles are safe to be used and agree with the forensic requirements for future legal actions.Neste trabalho, foram obtidas pela primeira vez nanopartículas fotoluminescentes estáveis sem ativadores, baseadas em fosfato de cálcio amorfo (ACP); e seu desempenho para imagens de impressões digitais latentes foi investigado. Nanopartículas de ACP com formato arredondado irregular e diâmetros na faixa de 10–40 nm foram preparadas por precipitação química rápida e simples, seguida de tratamento térmico a 400 °C por 4 h. As espectroscopias de refletância difusa e fotoluminescência, tanto emissão quanto excitação, revelam uma alta densidade de estados de energia localizados dentro do amplo intervalo de banda óptica do ACP tratado termicamente (por exemplo, 5,25–5,42 eV). Este comportamento permitiu a excitação do ACP na região do ultravioleta (UV) próximo (=450 nm, 2,75 eV), levando a uma intensa emissão de fotoluminescência de banda larga relacionada a defeitos (490-890 nm) centrada em 540 nm (2,30 eV), 50 vezes mais intensa do que nanopartículas não tratadas. O efeito de retração da rede (devido à eliminação de água estrutural), a presença de vacâncias iônicas (VCa e VO em 43−) e grupos carbonato (32−), foram discutidos em detalhes, tanto nas propriedades luminescentes do ACP, quanto após a cristalização em meio aquoso do ACP à hidroxiapatita (HA). As nanopartículas de ACP apresentaram acitotoxidade, conforme determinado pelo ensaio MTT em linhagem celular Neonatal de Fibroblasto Dérmico Humano (HDFn), com viabilidade celular superior a 95% em todas as concentrações testadas (20–320 μg/mL), após incubação por 24 e 48 h . As imagens latentes da impressão digital foram obtidas usando as nanopartículas ACP sob radiação UV próximo ( = 450 nm) em pinças e tela de smartphone LCD, validadas com sucesso pelo Sistema Integrado de Identificação Automatizada de Impressões Digitais usado pela Polícia Científica na Espanha. Os LRO presentes resultados evidenciaram que as novas nanopartículas luminescentes de ACP são seguras para serem usadas e estão de acordo com os requisitos forenses para futuras ações judiciais.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)141964/2018-9engUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarCC0 1.0 Universalhttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessFosfato de cálcioNanopartículasLuminescênciaDefeitosForenseImagem de impressão digitalCalcium phosphateNanoparticlesLuminescenceDefectsForensicsFingerprint imagingCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICADetecção de impressões digitais por meio da luminescência autoativada de nanopartículas de fosfato de cálcio amorfoAmorphous calcium phosphate nanoparticles allow fingerprint detection via self-activated luminescenceinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6005f839bef-5b1b-4ea4-9234-68a47f4d8207reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8701https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/5/license_rdf42fd4ad1e89814f5e4a476b409eb708cMD55ORIGINALTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdfTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdfTeseapplication/pdf3401760https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/3/TESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf145686a25e1a9fd9c9364e9b3f141116MD53carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdfcarta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdfCarta Comprovanteapplication/pdf346776https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/4/carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf81564405af18bbba8bfdaeacce4b37bbMD54TEXTTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.txtTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.txtExtracted texttext/plain125416https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/6/TESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.txt07fbbfc56d4f9051fa543c500289bb53MD56carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.txtcarta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.txtExtracted texttext/plain1368https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/8/carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.txt35e7330a1429a37aeadd9311ce8ab929MD58THUMBNAILTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.jpgTESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8651https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/7/TESE_JUSSARASOARESDASILVA.pdf.jpg7e2dc7607247ece97784d86d4445f2c1MD57carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.jpgcarta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12003https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16986/9/carta-comprovante_homologacao_TESE_JUSSARA.pdf.jpg4ccf9d840a62fc0cfd80696324d34b36MD59ufscar/169862023-09-18 18:32:21.513oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16986Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:21Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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