Upkonvertoivien nanopartikkelien luminesenssin herkistäminen orgaanisten kromoforien avulla

Upkonvertoivat nanopartikkelit (engl. upconverting nanoparticles, UCNP) ovat lantanidi-ioneja sisältäviä epäorgaanisia leimoja, jotka kykenevät muuntamaan matalaenergisen 980 nm viritysvalon korkeaenergiseksi näkyväksi valoksi. Tämän ominaisuuden avulla mittausalue voidaan erottaa taustahäiriötä aiheuttavasta autofluoresenssista. Lantanidi-ionit kuitenkin absorboivat viritysvaloa heikosti. Partikkelien luminesenssia voidaan parantaa absorboivien ionien määrää lisäämällä, mutta se kasvattaa partikkelin kokoa. Viritysvalon absorptiota voidaan mahdollisesti parantaa kiinnittämällä partikkelien pintaan 808 nm aallonpituudella virittyviä upkonversion luminesenssin herkistimenä toimivia orgaanisia kromoforeja. Kromoforit toimivat valoa tehokkaasti keräävinä antennirakenteina ja virittävät UCNP:n energiansiirron kautta mahdollistaen UCNP:n luminesenssin tehostumisen. Diplomityössä tutkittiin erilaisia tapoja pinnoittaa nanopartikkeli siten, että kromofori voitiin kiinnittää siihen pysyvästi. Tavoitteina olivat myös pinnoitetun partikkelin vesiliukoisuus sekä samanaikaisesti sen suojaaminen veden aiheuttamalta luminesenssin sammuttavalta vaikutukselta. UCNP:n emissio mitattiin spektrofluorometrillä käyttäen 808 nm ja 968 nm lähi-infrapunalasereita virityslähteinä. Työssä kehitettiin kaksi pinnoitusmenetelmää, jotka mahdollistivat partikkelin virittämisen kromoforin kautta 808 nm aallonpituudella. UCNP pinnoitettiin polyakryylihapolla (PAA) tai poly(maleiinianhydridi-alt-1-oktadekaani):lla (PMAO), johon kromofori kiinnitettiin adsorptiolla. Molemmilla menetelmillä valmistettujen partikkelien emissiospektri oli selkeästi mitattavissa. Partikkelien luminesenssi 808 nm viritysaallonpituudella ei kuitenkaan tehostunut verrattuna viritykseen 968 nm laserilla. PMAO-pinnoituksella 808 nm laserilla viritettäessä mitattu signaali oli 2,7 kertaa heikompi ja PAA-pinnoitetun UCNP:n emissio noin 22 kertaa heikompi. Molemmilla menetelmillä valmistetut partikkelit olivat kolloidaalisia vesiliuoksessa, mutta kromoforien avulla herkistetty upkonversio toimi vain käyttämällä liuottimena raskasta vettä.