Near Infrared-Emitting Cr3+/Eu3+ Co-gedoteerde zinkgallogermanaat Persistentie Luminescente nanodeeltjes voor celbeeldvorming

Abstract

Nabij-infrarood (NIR)-emitterende persistente lichtgevende nanodeeltjes zijn ontwikkeld als potentiële middelen voor bio-imaging. Het synthetiseren van uniforme nanodeeltjes met een lange nagloeiing voor langdurige beeldvorming ontbreekt echter. Hier demonstreerden we de synthese van spinel gestructureerd Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ :Cr³⁺ (ZGGO:Cr³⁺ ) en Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ :Cr³⁺ ,Eu³⁺ (ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ ) nanodeeltjes door een sol-gel-methode in combinatie met een daaropvolgende reducerende atmosfeervrije calcinering. De monsters werden onderzocht via gedetailleerde karakteriseringen door gecombineerde technieken van XRD, TEM, STEM, elektronendiffractie met geselecteerd gebied, fotoluminescentie-excitatie (PLE) / fotoluminescentie (PL) spectroscopie en temperatuurafhankelijke PL-analyse. De monokristallijne nanodeeltjes zijn een homogene vaste oplossing, met een uniforme kubische vorm en een laterale afmeting van ~ 80-100 nm. Bij UV-excitatie bij 273 nm, ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ vertoonde een NIR-emissieband bij 697 nm (² E → ⁴ A₂ overgang van vervormde Cr³⁺ ionen in gallogermanaat), in afwezigheid van Eu³⁺ uitstoot. NIR aanhoudende luminescentie van het monster kan langer dan 7200 s duren en nog steeds een intense intensiteit behouden. Eu³⁺ opname verhoogde de aanhoudende luminescentie-intensiteit en de nagloeitijd van ZGGO:Cr³⁺ , maar het had geen significante invloed op de thermische stabiliteit. De verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes bezaten een uitstekende beeldvormingscapaciteit voor cellen in vitro.

Achtergrond

Persistente lichtgevende materialen kunnen gedurende een lange tijd tot uren na het stoppen van de excitatie emitteren [1]. Voornamelijk vanwege hun grote onderzoeksinteresses, zijn de fosforen gecommercialiseerd als nacht- of donkere omgevingsvisiematerialen voor een breed scala aan toepassingen, zoals veiligheidsborden, bewegwijzering voor noodroutes, identificatiemarkeringen of medische diagnostiek [2]. De typische lang-persistente fosforen zijn de gecommercialiseerde primaire kleurenstralers, zoals de rode Y₂ O₂ S:Eu³⁺ ,Mg²⁺ ,Ti⁴⁺ of CaS:Eu²⁺ ,Tm³⁺ ,Ce³⁺ [3, 4], de groene SrAl₂ O₄ :Eu²⁺ ,Dy³⁺ of MgAl₂ O₄ :Mn²⁺ [5, 6], en de blauwe CaAl₂ O₄ :Eu²⁺ ,Nd³⁺ of SrMgSi₂ O₆ :Eu²⁺ ,Dy³⁺ [7, 8] fosforen. Hoewel er veel successen zijn geboekt met zichtbare persistente fosforen, is het onderzoek naar en de ontwikkeling van persistente fosforen in het nabij-infrarood (NIR) -gebied (~ -700-2500 nm) onvoldoende. In de afgelopen jaren zijn de potentiële toepassingen van persistente fosforen die rode of NIR-luminescentie vertonen, uitgebreid van nachtzichtbeveiligingsborden tot in vivo beeldvormingssystemen [1, 9, 10].

Persistente luminescente materialen met aangehechte fotosensitizers als een in vivo middel werden eerst door Chen en Zhang uitgeprobeerd voor fotodynamische therapie [11]. Vervolgens Scherman et al. rapporteerde een mijlpaalwerk op het gebied van in vivo bio-imaging met de NIR-emitterende fosfor van Ca_0,2 Zn_0.9 Mg_0.9 Si₂ O₆ :Eu²⁺ ,Mn²⁺ ,Dy³⁺ [12]. Kort daarna werden twee nieuwe NIR-emitterende fosforen van CaMgSi₂ O₆ :Eu²⁺ ,Mn²⁺ ,Pr³⁺ en Ca₂ Si₅ N₈ :Eu²⁺ ,Tm³⁺ met verbeterde prestaties zijn ontwikkeld door dezelfde groep [13, 14]. Onlangs, Cr³⁺ -gedoteerde gallaat persistente fosforen met NIR-emissie en lange nagloeiing, inclusief spinel ZnGa₂ O₄ :Cr³⁺ en hun varianten, zoals Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ :Cr³⁺ , Zn₃ Ga₂ GeO₈ :Cr³⁺ ,Yb³⁺ ,Er³⁺ , en ZnGa_2 − x (Ge/Sn)_x O₄ :Cr³⁺ , werden bereid met een vastestofmethode [1, 9, 10, 15,16,17,18,19,20,21]. De keramische schijfmonsters vertoonden een nagloeitijd tot 360 uur in het NIR-gebied, maar de omvangrijke materialen zijn ongeschikt voor in vivo biobeeldvorming. NIR-emitterende, lang aanhoudende lichtgevende nanodeeltjes van ZnGa₂ O₄ :Cr³⁺ [22, 23], ZnGa₂ O₄ :Cr³⁺ ,Sn⁴⁺ [19,20,21] en Zn_2.94 Ga_1.96 Ge₂ O₁₀ :Cr³⁺ ,Pr³⁺ [9] werden gesynthetiseerd door een sol-gel-methode in combinatie met een daaropvolgende reducerende atmosfeervrije calcinering. De aanhoudende luminescentie van het nanodeeltjespoeder vertoont heldere NIR-luminescentie in het biologische transparantievenster met een superlange nagloeitijd. PEGylering verbetert de biocompatibiliteit en oplosbaarheid in water van de nanodeeltjes aanzienlijk, die een groot potentieel hebben voor langdurige in vivo bioimaging-toepassing met hoge SNR zonder de noodzaak van in situ-excitatie. Er wordt aangenomen dat ionen gekozen uit een groep bestaande uit aardalkali-ionen, lanthanide-ionen en Li⁺ co-doping met Cr³⁺ in zinkgallaat en zinkgallogermanaat zou opmerkelijke NIR-aanhoudende luminescentie opleveren [1]. Eu³⁺ in oxidegastheren vertoont altijd een rode emissie bij ~ 700 nm als gevolg van de ⁵ D₀ -⁷ F₄ intra-4f elektronische overgang bij korte UV-excitatie naar de ladingsoverdracht (CT) band bij 250 nm [24]. Aan de andere kant, Cr³⁺ is een gunstig luminescent centrum in vaste stoffen vanwege de smalbandige emissies (meestal bij 700 nm) vanwege de spin-verboden ² E-⁴ A₂ overgang of een breedbandemissie (650-1600 nm) vanwege de spin-toegestane ⁴ T₂ -⁴ A₂ overgang [1, 20]. Met het oog hierop, Cr³⁺ /Eu³⁺ co-gedoteerd zinkgallaat en zinkgallogermanaat zouden intense NIR-aanhoudende luminescentie opleveren, dankzij de ladingsoverdrachtsband (CTB) van O²⁻ -Eu³⁺ overlapt met de CTB van O²⁻ -Ga³⁺ , en de emissie bij ~ 700 nm vanaf ⁵ D₀ -⁷ F₄ overgang van Eu³⁺ overlapt met die van ² E-⁴ A₂ overgang van Cr³⁺ . Bovendien, Eu³⁺ ionen die Ga³⁺ . vervangen ionen in vervormde octaëdrische plaatsen kunnen geschikte gastheerkristalveldsterkte rond Cr³⁺ opleveren ionen, waardoor de NIR-emissie wordt beïnvloed. In dit werk, Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ :Cr³⁺ ,Eu³⁺ (aangeduid als ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ ) nanodeeltjes werden gesynthetiseerd door een sol-gel-methode in combinatie met een daaropvolgende reducerende atmosfeervrije calcinering, die zou worden gebruikt als de veelbelovende nanosondes voor toekomstige bio-imaging. De monsters werden onderzocht via gedetailleerde karakteriseringen door gecombineerde technieken van röntgendiffractometrie (XRD), transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), STEM, geselecteerde gebiedselektronendiffractie (SAED), fotoluminescentie-excitatie (PLE)/fotoluminescentie (PL) spectroscopie en temperatuur -afhankelijke PL-analyse. In de volgende paragrafen rapporteren we de synthese, karakterisering en toepassing van de ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ nanodeeltjes.

Experimenteel

Synthese

De uitgangsmetaalbronnen zijn Zn(NO₃ )₂ ·6H₂ O, Cr(NEE₃ )₃ ·9H₂ O, Ga₂ O₃ , Eu₂ O₃ , en GeO₂ waren allemaal 99,99% pure producten gekocht bij Sinopharm (Shanghai, China). De andere reagentia zijn van analytische kwaliteit en werden gekocht bij Shenyang Chemical Reagent Factory (Shenyang, China). Zn(NEE₃ )₂ ·6H₂ O en Cr(NEE₃ )₃ ·9H₂ O werden opgelost in gedeïoniseerd water. Ga₂ O₃ en Eu₂ O₃ werden opgelost in salpeterzuuroplossing. GeO₂ en ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) werden opgelost in verdund ammoniumhydroxide. Aan de mengseloplossing werd langzaam EDTA-oplossing toegevoegd zonder enige precipitatie, en de molaire verhouding van totale metaalionen tot EDTA werd op 1:2 gehouden. De atoommolverhouding van Zn:Ga:Ge:Cr:Eu werd vastgesteld op 3:1,984:2:0,01:0,006. De uiteindelijke oplossing werd 1 uur krachtig geroerd bij kamertemperatuur en vervolgens verwarmd in een oven op 85°C voor de langzame verdamping van water totdat de oplossing een sol werd die uiteindelijk een gel werd. De verkregen gel werd 3 uur bij 200°C verwarmd om zwarte poreuze materialen te vormen. Ten slotte werden de poreuze materialen gemalen en uitgegloeid onder stromende O₂ gas (200 ml/min) bij geselecteerde temperaturen gedurende 2 uur.

Oppervlaktefunctionalisatie

De ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeder werd 30 min gemalen, vervolgens werd 150 mg van het verkregen monster toegevoegd aan 50 ml 0,1 mol/L NaOH-oplossing. Na 1 uur sonicatie werd de suspensie 24 uur krachtig geroerd bij kamertemperatuur. De resulterende colloïde-oplossing werd 10 minuten bij 1000 tpm gecentrifugeerd om grote deeltjes te verwijderen, en het supernatant werd 10 minuten bij 10.000 tpm gecentrifugeerd om het precipitaat te verzamelen. De als verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -OH-nanodeeltjes werden drie keer gewassen met gedeïoniseerd water.

Tien milligram ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -OH-nanodeeltjes werden gedurende 10 minuten gedispergeerd in 4 ml dimethylformamide (DMF) met behulp van ultrasoonapparaat. Vervolgens werd onder krachtig roeren gedurende 24 uur bij kamertemperatuur 40 μl 3-aminopropyltriethoxysilaan (APTES) toegevoegd. De als verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes werden verzameld door 10 minuten te centrifugeren bij 10.000 tpm en drie keer gewassen met DMF om niet-gereageerde APTES te verwijderen.

Cell Imaging

Hek293T-cellen werden gekweekt in DMEM met 10% FBS en gezaaid in kweekschalen van 35 mm gedurende 2 uur in een CO₂ broedmachine. De als verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes werden gedispergeerd in celmedium (50 mg / ml), die gedurende 10 minuten werden opgewonden door een 254 nm UV-lamp en vervolgens werden verplaatst naar kweekschalen die gedurende 1 uur werden behandeld. Na verwijdering van het celmedium werd 0,1 ml 1% formaldehyde-PBS toegevoegd en werden de cellen 10 minuten in het donker gekleurd met 0,5 ml DAPI-kleurstof. Ten slotte werden de cellen verschillende keren gewassen met PBS voor verdere karakterisering.

Alle onderzoeken met dieren zijn goedgekeurd door de universitaire commissie voor dierenverzorging en -gebruik.

Karakterisatietechnieken

Fase-identificatie werd uitgevoerd door XRD (model SmartLab; Rigaku, Tokyo, Japan) werkend bij 40 kV/40 mA met behulp van nikkelgefilterde Cu Kα-straling en een scansnelheid van 6,0 ° 2θ /min. Morfologieën van de producten werden waargenomen via TEM (model JEM-2000FX; JEOL, Tokyo). Fotoluminescentie van de fosforen werd geanalyseerd met een FP-8600 fluorospectrofotometer (JASCO, Tokyo). De aanhoudende luminescentiesignalen werden verkregen met behulp van Horiba JY FL3-21. De afterglow-vervalbeelden werden opgenomen in een donkere kamer met behulp van een Kodak In-Vivo Imaging System FX Pro. De celbeeldvorming werd uitgevoerd door een laser scanning confocale microscoop (LEICA TCS SP2, Duitsland).

Alle onderzoeken met dieren zijn goedgekeurd door de universitaire commissie voor dierenverzorging en -gebruik.

Resultaten en discussie

De fasezuiverheid van de monsters werd eerst onderzocht met XRD. Afbeelding 1 (boven) toont de XRD-patronen van de kant-en-klare ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ gecalcineerd bij 1000 °C, die werden geïdentificeerd samen met de spinelstructuur Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ [1, 9]. De kristalstructuur van Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ is hetzelfde als die van ZnGa₂ O₄ (JCPDS nr. 38-1240), de vaste oplossing van ZnGa₂ O₄ en Zn₂ GeO₄ . In de structuur van Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ , Ge speelt de rol van substitutie van Ga, wat bevorderlijk is voor de vorming van vallen, terwijl ZnGa₂ O₄ is de dominante kristalstructuur [1]. Er zijn twee soorten kationen in een cel met één eenheid; Zn²⁺ en Ga³⁺ zijn omgeven door vier en zes zuurstofanionen die respectievelijk een tetraëder en een octaëder vormen (figuur 1, hieronder). Berekeningen van de diffractiegegevens die de celconstanten opleveren voor ZGGO:Cr³⁺ zijn een = b = ~ 0,8335 nm, dicht bij die van spinel ZnGa₂ O₄ (een = b = ~ 0,8335 nm, JCPDS nr. 38-1240). Vanwege de grotere ionenstralen van Eu³⁺ (voor zesvoudige coördinatie, $ {r}_{{\mathrm{Eu}}^{3+}} $ = 0,0947 nm en $ {r}_{{\mathrm{Ga}}^{3+} } $ = 0.062 nm) [25], een grotere waarde van a = b = ~ 0.8336 nm werd waargenomen voor ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ . Profielverbredende analyse van de (311) Bragg-reflectie werd uitgevoerd door de Scherrer-vergelijking toe te passen voor gemiddelde kristallietgroottes van 83 ± 6 nm voor ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ monsters. In figuur 1 (boven) vinden we ook dat de resulterende producten gecalcineerd bij 900 °C het mengsel zijn van spinelfase (JCPDS nr. 38-1240) en rhomboëdrische één (JCPDS nr. 11-0687), wat wijst op een calcineringstemperatuur van ≥ 1000 °C is nodig voor het verkrijgen van spinel Zn₃ Ga₂ Ge₂ O₁₀ in een zuivere fasevorm.

XRD-patronen van de kant-en-klare ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ en de kristalstructuur van spinel ZnGa₂ O₄

Afbeelding 2 (links) toont de TEM-morfologie voor ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ deeltjes, wat duidelijk aangeeft dat ze volledig uit kubische deeltjes bestaan, met laterale afmetingen van ~ 80-100 nm. De scherpe hoeken en de goed opgeloste roosterranden suggereren hun uitstekende kristalliniteit, terwijl de afstanden van ~ -0,29 nm goed overeenkomen met de (220) vlakte van spinelgestructureerde ZnGa₂ O₄ (d (220) = ~ 0,29 nm, JCPDS nr. 38-1240) (inzet in Afb. 2). Omdat de deeltjesgrootten dicht bij de gemiddelde kristallietgroottes liggen die zijn berekend uit de XRD-gegevens, kunnen de verkregen monsters enkelkristallijn zijn. De SAED-analyse (Fig. 2 (rechts)) bevestigde verder dat de nanodeeltjes die worden geanalyseerd enkelkristallijn zijn. De hier onderzochte nanodeeltjes zijn directe vastestofoplossingen in plaats van een mechanisch mengsel. Elementaire mapping van Zn, Ga, Ge, Cr en Eu levert bewijs voor deze solide oplossing, zoals blijkt uit figuur 3 voor ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ . Niet alleen bevat elk deeltje Zn, Ga, Ge, Cr en Eu, maar alle elementen zijn gelijkmatig over de deeltjes verdeeld.

TEM, HR-TEM (links) afbeelding en SAED-patroon (rechts) van de ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ nanodeeltjes

STEM-deeltjesmorfologie (helderveldbeeld, de eerste afbeelding) en elementaire mapping van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ nanodeeltjes

Afbeelding 4 toont de excitatiespectra van de ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeder op kamertemperatuur. Het bij 697 nm bewaakte excitatiespectrum bestrijkt een zeer breed spectraal gebied (van 200 tot 650 nm) en bestaat uit vier hoofdexcitatiebanden met een piek van respectievelijk 273, 328, 410 en 569 nm. De excitatieband bij 273 nm wordt toegeschreven aan de ladingsoverdrachtsband van O²⁻ -Ga³⁺ in ZnGa₂ O₄ host, terwijl de latere banden afkomstig zijn van de innerlijke overgangen van Cr³⁺ , inclusief de 328-nm band afkomstig van de ⁴ A₂ → ⁴ T₁ (te ² ) overgang, de 410-nm band afkomstig van de ⁴ A₂ → ⁴ T₁ (t ² e ), en de 569-nm band afkomstig van de ⁴ A₂ → ⁴ T₂ (t ² e ) [19, 20]. Oprichting van Eu³⁺ veranderde de posities van de PLE-banden niet merkbaar, maar verhoogde de intensiteiten van de binnenste overgangen van Cr³⁺ aanzienlijk , met ik ₄₁₀ /Ik ₂₇₃ oplopend van 0,18 naar 0,56. De bovenstaande resultaten geven aan dat Eu³⁺ opname is bevorderlijk voor de excitatie van zichtbaar licht. De sterkste excitatieband bij 273 nm onthulde echter ook dat de ladingsoverdrachtsband van O²⁻ -Ga³⁺ is de meest effectieve excitatiegolflengte. Excitatie van het poeder bij 273 nm gaf een NIR-emissieband bij 697 nm (Fig. 5) vanwege de ² E → ⁴ A₂ overgang in vervormde Cr³⁺ ionen in gallogermanaat, in afwezigheid van Eu³⁺ emissie.

Fotoluminescentie-excitatie (PLE) spectra van ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders

Fotoluminescentie (PL) spectra van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders

De NIR persistente luminescentie-vervalcurves van ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ nanodeeltjes werden gevolgd bij 697 nm na 254 nm UV-lichtbelichting (xenonlamp als lichtbron) gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur, zoals weergegeven in Fig. 6. Het resultaat toont aan dat de NIR-aanhoudende luminescentie van de ZGGO:Cr^{3 +} monster kan langer duren dan 7200 s en nog steeds een aanzienlijke intensiteit behouden. De aanhoudende luminescentie-intensiteit van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ neemt toe met de opname van Eu³⁺ ion. Er wordt aangenomen dat lanthanide-ionen co-doping met Cr³⁺ in zinkgallogermanaat zou opmerkelijke NIR aanhoudende luminescentie opleveren, vanwege zijn belangrijke rol bij het verhogen van de hoeveelheid anti-sitedefecten die verantwoordelijk is voor aanhoudende luminescentie van Cr³⁺ in zinkgallogermanaatgastheer [1]. Aan de andere kant, NIR aanhoudende luminescentie van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ monster kan langer meegaan dan dat van ZGGO:Cr³⁺ , wat aangeeft dat Eu³⁺ opname kan de nagloeitijd verlengen. Afbeelding 7 toont NIR-nagloei-vervalbeelden van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders verkregen door een Kodak In-Vivo Imaging System FX Pro op verschillende tijdstippen na het stoppen van de UV-straling, wat verder bevestigt dat de nagloeiing langer dan 120 min kan duren en een intense NIR-emissie-intensiteit kan behouden.

NIR aanhoudende luminescentie-vervalcurves van ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders bewaakt bij 697 nm na 254 nm UV-lichtbelichting gedurende 5 min

NIR afterglow-vervalbeelden van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders verkregen door een Kodak In-Vivo Imaging System FX Pro op verschillende tijdstippen na het stoppen van de UV-straling

Voor het evalueren van de prestaties van fosfortoepassingen, vooral voor toepassingen met hoog vermogen, is thermische stabiliteit een belangrijke parameter. Om het thermische uitdovingsgedrag van de fosforen in dit werk te evalueren, werden de PL-spectra geanalyseerd bij temperaturen van 298 tot 573 K (Fig. 8). Voor alle monsters leverde het verhogen van de temperatuur een afname van de emissie-intensiteiten op bij 697 nm. Om een uitgebreider beeld te krijgen van het thermische uitdovingsgedrag en de waarde van de activeringsenergie ervan te schatten (E _een ), werd de Arrhenius-vergelijking (Vgl. (1)) als volgt gebruikt [26,27,28]:

$$ {I}_{\mathrm{T}}=\frac{I_0}{1+c\exp \left(-\frac{E_{\mathrm{a}}}{kT}\right)} $$ (1)

waar ik ₀ en ik _T zijn de intensiteiten van respectievelijk de begin- en eindtemperatuur; c is de snelheidsconstante; E _een is de activeringsenergie; en k is de Boltzmann-constante (8,629 × 10⁻⁵ eV K⁻¹ ). Afbeelding 8 toont de In(I ₀ / Ik _T − 1) vs 10.000 / T relatielijnen voor de emissieband gecentreerd op 697 nm voor ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ . Vergelijkbare activeringsenergieën werden berekend:E _een = 0,23 eV voor ZGGO:Cr³⁺ en E _een = 0,25 eV voor ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ . De kans dat een niet-stralingsovergang optreedt per tijdseenheid (α ) kan worden gedefinieerd volgens Vgl. (2) als volgt [29]:

$$ \alpha =s\ \exp \left(-\frac{E_{\mathrm{a}}}{kT}\right) $$ (2)

waar s is de frequentiefactor (s⁻¹ ), k is de Boltzmann-constante, en T is de temperatuur. Het is te zien dat een lagere activeringsenergie (E _een ) leidt tot een grotere kans (α ) van een niet-stralingsovergang. Vanwege de vergelijkbare activeringsenergie, ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ vertoonde gesloten thermische stabiliteit, wat wijst op Eu³⁺ opname had geen significante invloed op de thermische stabiliteit. Geassocieerde fonon-zijbanden (PSB's) gecentreerd op 670 nm werden echter dominant bij een hogere temperatuur, waardoor verhoogde emissiepieken werden veroorzaakt.

Activeringsenergie van thermische quenching voor emissiebanden in a ZGGO:Cr³⁺ en b ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeders. De inzetstukken tonen de overeenkomstige temperatuurafhankelijkheid van PL-spectra van 298 tot 573 K

We onderzochten ook de PL-excitatie- en emissiespectra van de waterige dispersie van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ (Afb. 9). Vergeleken met de ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ poeder vertoonde de waterige dispersie bijna hetzelfde profiel van de PL-excitatie- en emissiecurves, behalve de relatief zwakke excitatie-intensiteit bij 300 en 600 nm. De verminderde intensiteit is waarschijnlijk te wijten aan het uitdovende effect van de O–H-trilling van water.

Excitatie- en emissiespectra van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ waterige oplossing bij kamertemperatuur. De inzet toont de digitale foto's van ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ waterige oplossing onder bestraling van 254 nm UV-licht

Hek293T-cellen werden hier gebruikt voor in vitro beeldvormingstests. De als verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes werden gedispergeerd in celmedium (50 mg / ml), die gedurende 10 minuten werden opgewonden door een 254 nm UV-lamp en vervolgens werden verplaatst naar kweekschalen die gedurende 1 uur werden behandeld. Afbeelding 10 (links, rode kleur) toont de beeldvorming van celluminescentie die is verzameld op een confocale laserscanmicroscoop in afwezigheid van excitatie. Het afterglow-luminescentiesignaal van de Hek293T-cellen was nog steeds sterk genoeg om nauwkeurig te worden gemeten na 1 uur, hoewel de afterglow-luminescentiesignalen in de loop van de tijd geleidelijk afnamen. Ter vergelijking:de celluminescentiebeeldvorming werd verzameld op een confocale laserscanmicroscoop door een andere modus van dezelfde cellen gekleurd met 0, 5 ml DAPI-kleurstof (rechts in Fig. 10, gelijktijdige excitatie). De vergelijkbare beeldsignalen suggereerden dat de ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes bezaten een uitstekende beeldvormingscapaciteit voor cellen in vitro.

LSCM-afbeelding (links, rode kleur) van Hek293T-cellen geïncubeerd met ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes gedurende 1 uur. De rechter afbeelding (blauwe kleur) is het uiterlijk van dezelfde cellen gekleurd met 0,5 ml DAPI-kleurstof. Schaalbalk = 25 μm

Conclusies

In dit werk heeft spinel de structuur ZGGO:Cr³⁺ en ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ nanodeeltjes werden gesynthetiseerd door een sol-gel-methode in combinatie met een daaropvolgende reducerende atmosfeervrije calcinaties. De monsters werden onderzocht via gedetailleerde karakteriseringen door gecombineerde technieken van XRD, TEM, STEM, SAED, PLE/PL-spectroscopie en temperatuurafhankelijke PL-analyse. De nanodeeltjes met een uniforme kubische vorm en een laterale afmeting van ~ 80-100 nm zijn van een enkelvoudige kristallijne en homogene vaste oplossing. Excitatie van het poeder bij 273 nm gaf een NIR-emissieband bij 697 nm vanwege de ² E → ⁴ A₂ overgang in vervormde Cr³⁺ ionen in gallogermanaat, in afwezigheid van Eu³⁺ uitstoot. NIR aanhoudende luminescentie van de ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ kan langer duren dan 7200 s en toch een intense intensiteit behouden. De aanhoudende luminescentie-intensiteit van ZGGO:Cr³⁺ en de nagloeitijd neemt toe met de integratie van Eu³⁺ ion. Eu³⁺ opname had geen significante invloed op de thermische stabiliteit. Eindelijk, de als verkregen ZGGO:Cr³⁺ ,Eu³⁺ -NH₂ nanodeeltjes bezaten een uitstekende beeldvormingscapaciteit voor cellen in vitro.

3D onderling verbonden V6O13-nanobladen gekweekt op verkoold textiel via een zaad-ondersteund hydrothermisch proces als hoogwaardige flexibele kathodes voor lithium-ionbatterijen Computationeel ontwerp van flat-band materiaal

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal