Luminescencyjne nanomateriały koloidalne domieszkowane jonami lantanowców – zastosowania w konstrukcji bioczujników
Strona
Abstrakt
Mechanizm försterowskiego transferu energii (FRET) polega na nieradiacyjnym przekazaniu energii pomiędzy dwoma molekułami: donorem (D) oraz akceptorem (A). Zarówno w medycznych testach diagnostycznych, jak i badaniach naukowych jako D i A stosowane są barwniki organiczne, których szerokie pasma absorpcji i emisji, czy podatność na fotowybielanie często utrudniają ilościową interpretację pomiarów. Jako alternatywę do barwników organicznych opracowano m.in. związki koordynacyjne lantanowców, a obecnie badane są zaawansowane nieorganiczne nanomateriały luminescencyjne. Wśród tych ostatnich na szczególną uwagę zasługują nanokryształy domieszkowane jonami lantanowców (UCNPs), które charakteryzują się wąskimi pasmami emisji, możliwością konwersji energii z podczerwieni na światło widzialne oraz wysoką odpornością na fotowybielanie. Te właściwości pozwalają na eliminację sygnału tła i zwiększenie czułości bioczujników. Pomimo licznych zalet, UCNPs wymagają dalszej optymalizacji pod względem doboru domieszek jonów lantanowców oraz właściwości fotofizycznych, które zapewniają efektywny transfer energii do akceptora. W niniejszej pracy przeglądowej przedstawiono podstawy mechanizmu FRET, ewolucję materiałów dla FRET, charakterystykę nanokryształów domieszkowanych lantanowcami oraz przykłady ich zastosowań w systemach FRET.
Abstract
The mechanism of Förster resonance energy transfer (FRET) involves the non-radiative transfer of energy between two molecules: a donor (D) and an acceptor (A). In both medical diagnostic tests and scientific research, organic dyes are commonly used as D and A; however, their broad absorption and emission bands, as well as their susceptibility to photobleaching, often make the quantitative interpretation of measurements difficult. As an alternative to organic dyes, lanthanide coordination compounds have been developed, and currently advanced inorganic luminescent nanomaterials are also being investigated. Among the latter, lanthanide-ion-doped nanocrystals (UCNPs) deserve particular attention, as they are characterized by narrow emission bands, the ability to convert infrared energy into visible light, and high resistance to photobleaching. These properties make it possible to eliminate background signal and increase the sensitivity of biosensors. Despite their many advantages, UCNPs still require further optimization in terms of the selection of lanthanide-ion dopants and the photophysical properties that ensure efficient energy transfer to the acceptor. This review paper presents the fundamentals of the FRET mechanism, the evolution of FRET materials, the characteristics of lanthanide-doped nanocrystals, and examples of their applications in FRET systems.
