Luminescência no visível e infravermelho próximo em partículas nanoestruturadas de Y sub 2 sub O sub 3 sub dopadas com íons terras raras para aplicação em sistemas biológicos

• Autor(a) principal: Santos, Luiz Fernando dos
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-26022020-172443/
• topic: Biofotônica; Biophotonics; Espectroscopia; Rare earths; Spectroscopy; Terras raras

Este trabalho apresenta a síntese de partículas luminescentes nano e micro estruturadas à base de Y2O3, Y2O3@SiO2 e Y2SiO5 dopadas com íons terras raras (TR3+), especificamente Eu3+ e Nd3+ e co-dopadas com íons Er3+/Yb3+ para aplicação em Biofotônica como marcadores ópticos em sistemas biológicos e nanotermometria. Nesta perspectiva, foi realizado um estudo sistemático visando rigoroso controle de morfologia e dimensão das nanopartículas, bem como sua caracterização estrutural através de difração de raios X, espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR), e sua correlação com as propriedades espectroscópicas dos íons TR3+ para a aplicação em fotônica. Utilizou-se a precipitação homogênea como rota sintética dos precursores dos materiais supracitados visando, desta forma, a otimização de parâmetros de síntese com a finalidade de obtenção de nanopartículas esféricas com dimensão e morfologia uniformemente distribuídas. Foram obtidas partículas esféricas de YOHCO3 com tamanho e morfologia uniformes, utilizando soluções ácidas de nitratos de terras raras e decomposição térmica da ureia. As nanopartículas de Y2O3 foram obtidas por meio do tratamento térmico, a 900º C durante 2 horas. Foi realizado recobrimento das partículas de YOHCO3:TR3+ e Y2O3:TR3+ pela metodologia de Stöber, utilizando como precursor o tetraetilortossilicato (TEOS). Dependendo dos precursores utilizados foi observada a formação de diferentes nanopartículas do tipo caroço/casca (core@shell) de Y2O3:TR3+@SiO2 e Y2SiO5/Y2O3:TR3+@SiO2 após tratamento térmico. Foi estabelecida uma rota sintética para a formação de nanopatículas de Y2SiO5 com controle na dimensão, forma e dispersão. A luminescência das partículas de Y2O3:Eu3+ tratadas a 900 °C confirmou a presença de Eu3+ em dois sítios de simetria diferentes (C2 e C3i), amplamente discutidos na literatura. Com o aumento da espessura da camada de sílica depositada, foi possível obter uma fase monoclínica de Y2SiO5:Eu3+, onde os perfis espectrais de Eu3+ e os valores de tempos de vida de estado excitado 5D0 mudam consideravelmente em relação ao Y2O3:Eu3+. Os sistemas co-dopados com íons Er3+/Yb3+ apresentaram bandas de emissão estreitas na região do visível, sob excitação em 980 nm. A dinâmica destes processos foi estudada analisando-se os principais mecanismos possíveis e o número de fótons envolvidos na conversão ascendente de energia. Além disso, foram avaliadas as propriedades nanotermométricas das nanopartículas de Y2O3 e Y2O3@SiO2 co-dopadas com íons Er3+/Yb3+ na região de 299 a 373 K, sendo obtidas compatibilidades excelentes entre os valores de temperatura calculados e as temperaturas experimentais. A repetibilidade dos valores de parâmetros termométricos foi superior a 96% para as partículas Y2O3 e Y2O3@SiO2, comprovada pela reprodutibilidade dos valores de obtidos na repetição de dez ciclos nas temperaturas de 303 e 343 K. Os resultados revelam que ambos sistemas podem ser aplicados como nanotermômetros primários em uma variação de temperatura compatível com sistemas biológicos. A avaliação da citotoxicidade das partículas de Y2O3:Er3+/Yb3+ em linhagens celulares T98G e U87MG, referentes a glioblastomas humanos, foi realizada o ensaio colorimétrico de Brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil tetrazolio (MTT), na qual foi observada alta viabilidade celular para ambas as linhagens. As propriedades luminescentes de nanopartículas Y2O3 e Y2O3@Y2SiO5 dopadas com Nd3+ na região do infravermelho próximo foram avaliadas, sendo obtida uma intensa luminescência em torno de 1064 nm mediante excitação em 808 nm, regiões de transparência de janela biológica. Considerando-se a intensidade da luminescência tanto na região do infravermelho quanto visível, a possibilidade de conversão ascendente de energia, a elevada monodispersividade dos sistemas, alta repetibilidade de parâmetros termométricos e alta viabilidade celular, os sistemas estudados no presente trabalho demonstram potencial extremamente promissor no campo da Biofotônica em bioimageamento, nanotermometria e fotoconversores para conjugação com fotoativadores em terapia fotodinâmica