Emisión estimulada amplificada en nanopartículas de conversión hacia arriba para la nanoscopia de superresolución

Área de la Ciencia:

• Nanotecnología
• Ciencias de los materiales
• Óptica

Sus antecedentes:

• Los materiales dopados con lantánidos son cruciales para las aplicaciones láser debido a sus niveles de energía metastables.
• Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNPs) ofrecen luminiscencia ajustable y sensibilidad de una sola nanopartícula para imágenes avanzadas.
• Los UCNP dopados con tulio son particularmente interesantes por su potencial en aplicaciones ópticas.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial de las UCNP dopadas con tulio de alta concentración para la microscopía de superresolución.
• Explorar el mecanismo de la inversión de la población y la emisión estimulada amplificada en estas UCNP.
• Demostrar la aplicación de estas UCNP en la microscopía de baja potencia estimulada por agotamiento de emisiones (STED).

Principales métodos:

• Fabricación de nanopartículas de upconversion dopadas con lantánidos con una concentración controlada de iones de tulio.
• Excitación de las UCNP a 980 nm para inducir la inversión de la población en el nivel 3H4 a través de la relajación cruzada.
• Aplicación de láser de 808 nm para activar la emisión estimulada amplificada y la inhibición óptica de la conversión hacia arriba.
• Implementación de microscopía STED de baja potencia utilizando UCNPs diseñados para imágenes de súper resolución.

Principales resultados:

• La alta concentración de dopaje de Tm3+ en UCNPs conduce a una intensa relajación cruzada y a un efecto de avalancha de fotones.
• La inversión de la población en el nivel 3H4 se establece fácilmente dentro de las nanopartículas individuales.
• Se logra la inhibición óptica de la vía de conversión de la luminiscencia azul hacia arriba.
• Se demuestra la microscopia STED de súper resolución con una resolución de 28 nm (longitud de onda 1/36).

Conclusiones:

• Las UCNP de ingeniería dopadas con tulio pueden lograr la inversión de la población y la emisión estimulada amplificada a baja potencia de la bomba.
• Estas UCNP ofrecen una intensidad de saturación significativamente menor en comparación con las sondas fluorescentes convencionales para la microscopía STED.
• Este trabajo presenta un nuevo enfoque para superar los límites de resolución en la microscopia STED, lo que permite la nanoscopia con nanocristales diseñados.