Multimodal luminescent upconversive temperature sensors NaYF4: Yb, Er, Tm for biological applications

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

NaYF4: Yb3+ /Er3+ /TM3+ particles were synthesized in the form of rods with dimensions of 0.21×0.77 μm2. They exhibit upconversion luminescence in the visible and near-infrared spectral ranges when irradiated at a wavelength of 980 nm. The possibility of their use as multimodal luminescent sensors with temperatures in the range of 250—350 K is shown based on the appearance of spectral bands at wavelengths of 525, 545, 655, 700 and 805 nm by the ratiometric method, which is of particular interest for biological applications.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. O. Mityushkin

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Author for correspondence.
Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

A. G. Shmelev

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

A. V. Leontyev

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

L. А. Nurtdinova

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

D. K. Zharkov

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

V. G. Nikiforov

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: m1tyushck1n@yandex.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

References

  1. Gao L., Shan X., Xu X. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. P. 18595.
  2. Ghazy A., Safdar M., Lastusaari M. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2021. V. 230. Art. No. 111234.
  3. Suo H., Zhu Q., Zhang X. et al. // Mater. Today Phys. 2021. V. 21. Art. No. 100520.
  4. Arai M.S., de Camargo S.S. // Nanoscale Adv. 2021. V. 3. P. 5135.
  5. Zhang L., Jin D., Stenzel M.H. // Biomacromolecules. 2021. V. 22. P. 3168.
  6. Zhang Y., Zhu X., Zhang J. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2021. V. 600. P. 513.
  7. Li Y., Chen G. // Adv. Biomed. Res. 2022. V. 2. Art. No. 2200092.
  8. Bloembergen N. // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 2. No. 3. P. 84.
  9. Auzel F. // J. Luminescence. 1990. V. 45. P. 341.
  10. Dong H., Sun L.-D., Yan C.-H. // Nanoscale. 2013. V. 5. P. 5703.
  11. Gao C., Zheng P., Liu Q. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. No. 10. P. 2474.
  12. Fan J., Zhang S., Li F. et al. // Cellulose. 2020. V. 27. P. 9157.
  13. Skwierczynska M., Stopikowska N., Kulpinski P. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. No. 11. P. 1926.
  14. Brites C.D.S., Lima P.P., Silva N.J.O. et al. // Nanoscale. 2012. V. 4. P. 4799.
  15. Suo H., Zhao X., Zhang Z. et al. // Laser Photon. Rev. 2021. V. 15. No. 1. P. 2000319.
  16. Jin H., Yang M., Gui R. // Nanoscale. 2023. V. 15. No. 24. P. 859.
  17. Brites C.D.S., Balabhadra S., Carlos L.D. // Adv. Opt. Mater. 2019. V. 7. P. 1801239.
  18. Zhou Y. // Opt. Letters. 2015. V. 40. P. 4544.
  19. Li H., Yu M., Dai J. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. No. 11. P. 1704.
  20. Runowski M., Wozny P., Martin I.R. // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. P. 4643.
  21. Guo J., Zhou B., Yang C. et al. // Adv. Funct. Mater. 2019. V. 29. No. 33. Art. No. 1902898.
  22. Gao X, Song F., Ju D. // CrystEngComm. 2020. V. 22. P. 7066.
  23. Zhang G., Qiang Q., Du S. et al. // RSC Advances. 2018. V. 8. P. 9512.
  24. Zhang J., An S., Zhang Y. et al. // Spectrochim. Acta A. 2022. V. 265. P. 120402.
  25. Ying W., He J., Fan X. et al. // J. Mater. Chem. C. 2023. V. 11. P. 8758.
  26. Wang Y., Song S., Zhang S. et al. // Nano Today. 2019. V. 25. P. 38.
  27. Xu L., Li J., Lu K. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. V. 2517.
  28. Li P., Jia M., Liu G. et al. // ACS Appl. Bio Mater. 2019. V. 4. No. 7. P. 1732.
  29. Bon P., Cognet L. // ACS Photonics. 2022. V. 9. No. 8. P. 2538.
  30. Lahoti H.S., Jogdand S.D. // Cureus. 2022. V. 14. No. 9. Art. No. 28923.
  31. Wallyn J, Anton N, Akram S. et al. // Pharm Res. 2019. V. 36. No. 6. Art. No. 78.
  32. Huang J., Wang X., Shao A. et al. // Materials. 2019. V. 12. P. 3711
  33. Jin X., Leow S.W., Fang Y., Wong L.H. // J. Mater. Chem. A. 2023. V. 11. P. 12992.
  34. Bastos V., Oskoei P., Andresen E. et al. // Sci. Reports. 2022. V. 12. P. 3770.
  35. Liang X., Fan J., Zhao Y., Jin R. // J. Rare Earths. 2021. V. 39. No 5. P. 579.
  36. Rabouw F.T., Prins P.T., Villanueva-Delgado P. et al. // ACS Nano. 2018. V. 12. No. 5. P. 4812.
  37. MacKenzie L. E., Alvarez-Ruiz D., Pal R. // Royal. Soc. Open Sci. 2022. V. 9. Art. No. 211508.
  38. Митюшкин Е.О., Жарков Д.К., Леонтьев А.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2024. Т. 87. № 12. С. 1724, Mityushkin E.O., Zharkov D.K., Leontyev A.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 12. P. 1806.
  39. Nikiforov V.G. // Chem. Phys. 2021. V. 551. Art. No. 111337.
  40. Pollnau M., Gamelin D.R., Luthi S.R. et al. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. No. 5. P. 3337.
  41. Lu H., Hao H., Gao Y. et al. // Microchim. Acta. 2017. V. 184. P. 641.
  42. Li J., Wang Y., Zhang X. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 2660.
  43. Liu S., Cui J., Jia J. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. No. 1. P. 1.
  44. Lu H., Hao H., Shi G. et al. // RSC Advances. 2016. V. 6. P. 55307.
  45. Lu H., Hao H., Gao Y. et al. // Microchim. Acta. 2017. V. 184. P. 641.
  46. Xia H., Lei L., Xia J. et al. // J. Luminescence. 2019. V. 209. P. 8.
  47. Chen S., Song W., Cao J. et al. // J. Alloys Compounds. 2020. V. 825. Art. No. 154011.
  48. Stopikowska N., Runowski M., Wozny P. et al. // J. Luminescence. 2020. V. 228. Art. No. 117643.
  49. Li P., Jia M., Liu G. et al. // ACS Appl. Bio Mater. 2019. V. 2. P. 1732.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM image of NaYF4 microparticles: Yb3+/Er3+/Tm3+ (a). Distribution of microparticles by size: length (b) and width (c).

Download (799KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spectrum of upconversion luminescence of NaYF4:Yb3+/Er3+/Tm3+ microparticles excited by a laser with a wavelength of 980 nm (a). Dependence of luminescence intensity on the power of exciting radiation (b). Schematic diagram of energy levels and transfer processes in upconversion NaYF4 nanoparticles doped with Yb3+, Er3+ and Tm3+ ions (c).

Download (614KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Upconversion luminescence spectra of NaYF4:Yb3+/Er3+/Tm3+ microparticles at different temperatures.

Download (225KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature dependence of R525/545(T) (green squares – experimental data, green solid line – calibration curve), dependence of absolute sensitivity S525/545 on temperature T (blue solid line).

Download (246KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature dependences of R805/655(T) (a) and R805/700(T) (b) for radiative transitions from the levels 3H4(Tm3+) and 4F9/2(Er3+),3H4(Tm3+) and 3F2(Tm3+) (maroon squares are experimental data, maroon solid line is approximation), dependence of absolute sensitivities S805/655 and S805/700 on temperature T (blue solid lines).

Download (510KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Temperature dependences of R525/655(T) (a), R525/700(T) (b), R525/805(T) (c) and R545/805(T) (d) (red squares are experimental data, red solid line is calibration curve), dependence of absolute sensitivities of S525/655, S525/700, S525/805 and S545/805 on temperature T (blue solid lines).

Download (873KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».