Spektroskopska analiza fluorescence z energijskim prenosom navzgor v anorganskih nanodelcih dopiranih s tulijem

Koren, Monika (avtor), Majaron, Boris (mentor)

Magistrsko delo vsebuje spektroskopsko analizo anorganskih nanodelcev dopiranih z lantanidi, ki fluorescirajo pri krajših valovnih dolžinah od vzbujevalne, kar imenujemo fluorescenca z energijskim prenosom navzgor. Zaradi slednje so takšni nanodelci obetavni za uporabo pri diagnostičnem slikanju v biomedicini. Njihovo uporabnost pa zmanjšuje zelo majhen kvantni izkoristek, omejena kemijska in koloidna stabilnost v biološkem okolju ter potencialna toksičnost na nivoju celic oz. tkiv. Kvantni izkoristek poskušamo izboljšati z optimizacijo velikosti, kristalne sestave in strukture nanodelcev ter izbiro in koncentracijo dopantov, za odpravo ostalih težav pa so dobro izkazale dodatne prevleke, predvsem polimerne. Te lahko obenem spremenijo tudi spektroskopske lastnosti nanodelcev, zato sem v okviru magistrskega dela spremljala in vrednotila razvoj anorganskih nanodelcev s sestavo NaYF4 ko-dopiranih z ioni Yb3+ in Tm3+ predvsem z vidika vpliva zaščitnih prevlek različne sestave in debeline na fluorescenco z energijskim prenosom navzgor. Meritve sem opravila na visoko ločljivem in občutljivem spektrofluorometru. S pomočjo emisijskih spektrov sem ovrednotila vpliv velikosti nanodelcev in topila na jakost fluorescence ter ocenila stabilnost nanodelcev v daljšem časovnem obdobju. Raziskala sem tudi vpliv valovne dolžine in jakosti vzbujevalne svetlobe, saj sta zaradi nelinearnosti dinamičnih procesov v nanodelcih spekter in jakost fluorescence močno odvisna od pogojev vzbujanja. To predstavlja težave pri objektivni karakterizaciji oz. primerjavi fluorescence z energijskim prenosom navzgor med različnimi nanodelci. Navedenim težavam sem se poskusila izogniti z meritvami časovnega poteka fluorescence po vzbujanju vzorca s kratkimi svetlobnimi sunki. Z analizo le-teh sem določila življenjske čase vzbujenih stanj, ki omogočajo oceno dušenja fluorescence. Ker naj bi bili dokaj neodvisni od jakosti vzbujevalne svetlobe, lahko bolj objektivno odražajo primernost površinskih prevlek.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: nanodelci, lantanidi, križna relaksacija, fluorescenca z energijskim prenosom navzgor, spektroskopska analiza, življenjski časi
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Leto izida: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-149825
• COBISS.SI-ID: 163869187
• Datum objave v RUL: 10.09.2023

KOREN, Monika, 2023, Spektroskopska analiza fluorescence z energijskim prenosom navzgor v anorganskih nanodelcih dopiranih s tulijem [na spletu]. Magistrsko delo. [Dostopano 11 april 2025]. Pridobljeno s: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=slv&id=149825

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Spectroscopic analysis of upconversion fluorescence in thulium-doped inorganic nanoparticles

Izvleček

Lanthanide-doped nanoparticles exhibit upconversion fluorescence which means the emission wavelength is shorter than the excitation wavelength. Because of that they are very promising for use in biomedical imaging. The limitations of lanthanide-doped nanoparticles are low quantum yield, not sufficient chemical and colloidal stability in a biological environment, and possible toxicity. Low quantum yield can be improved with the choice of crystal matrix and dopant ions and with the optimisation of size, crystal structure, and dopant concentration. Other limitations can be reduced with additional coatings, among which one of the most promising are polymer coatings. However, they can change spectroscopic properties of nanoparticles which is why the purpose of this master thesis was spectroscopic analysis of inorganic nanoparticles with NaYF4 crystal matrix co-doped with Yb3+ and Tm3+ ions. The goal was to evaluate different coatings and their effect on upconversion fluorescence. The measurements were done on a sensitive high-resolution spectrofluorometer. Emission spectra allowed us to evaluate the effect of size and solvent on the upconversion fluorescence and to assess the stability of nanoparticles over a longer period. The effect of wavelength and intensity of excitation light on upconversion fluorescence was also investigated. As the spectrum and intensity of fluorescence depend on the excitation conditions because of the nonlinearity of the upconversion process. For this reason, the comparison between different nanoparticles is difficult. To avoid this issue we performed time-dependent measurements of fluorescence after a short excitation pulse. Analysis of these measurements gave us lifetimes of excited states which are not dependent on the intensity of excitation light. Lifetimes allow us to assess fluorescence quenching and consequently the adequacy of different coatings.

• Ključne besede: nanoparticles, lanthanides, cross-relaxation, upconversion fluorescence, spectroscopic analysis, lifetimes