Nd3+ doped Gd3Sc2Al3O12 nanoparticles: towards efficient nanoprobes for temperature sensing

文献情報

出版日 2019-05-01
DOI 10.1039/C9CP01808E
インパクトファクター 3.676
著者

Geraldine Dantelle, Marija Matulionyte, Denis Testemale, Alexandra Cantarano, Alain Ibanez, Fiorenzo Vetrone


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要旨

Development of contactless temperature-probing nanoplatforms based on thermosensitive near-infrared (NIR) light-emitting nanoparticles opens up new horizons for biomedical theranostics at a deep tissue level. Here, we report on the crystallinity and relative thermal sensitivity of NIR emitting Nd3+ doped Gd3Sc2Al3O12 (GSAG:Nd3+) nanoparticles synthesized by a solvothermal method. The obtained nanoparticles are well-crystallized, with sizes less than 100 nm, and can be dispersed in water without any additional functionalization. Upon excitation at 806 nm, the nanoparticles exhibit emission in the first and second biological optical transparency windows. The temperature sensing properties were evaluated from the luminescence intensity ratio of the thermally coupled emission lines corresponding to the R1, R2 → Z5 transitions between the Stark sublevels of the 4F3/2 and 4I9/2 electronic states of Nd3+ in the physiological temperature range of 20–50 °C. GSAG:Nd3+ nanoparticles exhibit a maximal relative thermal sensitivity of 0.20% °C−1, higher than that of YAG:Nd3+ nanoparticles used as a control, due to the difference in the crystal field of the host matrices. A higher synthesis temperature in the range of 300–400 °C was also provided to improve the crystallinity of the GSAG:Nd3+ nanoparticles which results in a higher relative thermal sensitivity. Our results demonstrate the potential of GSAG:Nd3+ nanoparticles as luminescence nanothermometers and emphasize the interest of the GSAG matrix itself, which with the presence of Gd, could lead to multimodal diagnostic applications in nanothermometry and magnetic resonance imaging (MRI).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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