O Instytucie

Tytuł: Multicolor Upconversion Förster Resonant Energy Transfer Using Optimized Yb@YbTm Core@Shell Nanoparticles

Autorzy:G. Bękarski, K. Prorok, F. Štětina, M. Misiak, H. H. Gorris, A. Bednarkiewicz

Czasopismo: ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.5c13869

Försterowski transfer energii (FRET) pomiędzy nanokryształami domieszkowanymi jonami lantanowców a barwnikami organicznymi zyskuje coraz większe znaczenie jako narzędzie w nowoczesnych biosensorach. Wynika to z właściwości konwersji energii w górę, które prowadzą do redukcji sygnału tła oraz minimalizacji efektów przenikania emisji i absorpcji, zwiększając tym samym czułość detekcji. Dodatkową zaletą jonów Tm³⁺, w porównaniu z powszechnie badanymi jonami Er³⁺, jest szersza przerwa spektralna pomiędzy ich pasmami emisji w zakresie widzialnym (około 150 nm vs. 100 nm), co jest szczególnie korzystne w analizach multipleksowych wymagających rozróżniania kilku analitów.

W przedstawionej pracy dokonano optymalizacji stężenia jonów Tm³⁺ w nanokryształach o architekturze rdzeń@płaszcz typu NaYF₄:50%Yb³⁺@NaYF₄:20%Yb³⁺, x%Tm³⁺  pod kątem wydajnego transferu energii do barwników oraz porównano dwie klasyczne metody obliczania wydajności FRET – na podstawie wygaszenia emisji donora oraz na podstawie skrócenia jego czasu zaniku luminescencji w obecności akceptora. Dzięki bezpośredniemu przyłączeniu barwników do powierzchni nanokryształów uzyskano wysokie wydajności wynoszące odpowiednio 90% oraz 40% dla barwnika ATTO 488. Obie metody prowadzą jednak do różnych wartości, co wynika ze złożonej natury procesów konwersji energii w górę, migracji energii w sieci Yb³⁺/Tm³⁺ i repopulacji poziomów wzbudzonych jonu Tm³⁺, dlatego nie mogą być one intepretowane niezależnie. Najbardziej czułą miarą FRET okazały się pomiary ratiometryczne, oparte na stosunku intensywności emisji akceptora do intensywności emisji donora w ściśle określonych pasmach spektralnych (500 – 614 nm 435 – 485 nm, odpowiednio). Choć metoda ta nie dostarcza informacji o mechanizmie FRET, to pozwoliła uzyskać najniższe limity detekcji, sięgające   3  Szeroka przerwa spektralna pomiędzy pasmami emisji niebieskiej oraz czerwonej jonów Tm³⁺ została wykorzystana w zaproponowanej analizie multipleksowej umożliwiając rozróżnianie czterech barwników ATTO za pomocą stosunku intensywności emisji akceptora w zakresie 500 – 550 nm do intensywności emisji w zakresie 500 – 614 nm. Uzyskane wyniki poszerzają możliwości projektowania wielokolorowych, wysokoczułych biosensorów opartych na nanokryształach domieszkowanych jonami lantanowców.