Thermally enhanced cooperative energy-transfer frequency upconversion in terbium and ytterbium doped tellurite glass

Infrared-to-visible frequency upconversion through cooperative energy-transfer and thermal effects in Tb3+/Yb3+-codoped tellurite glasses excited at 1.064 mum is investigated. Bright luminescence emission around 485, 550, 590, 625 and 65 nm, identified as due to the D-5(4) --> F-7(J) (J= 6, 5, 4, 3, and 2) transitions of the terbium ions, respectively, was recorded. The excitation of the D-5(4) emitting level of the Tb3+ ions is assigned to cooperative energy-transfer from pairs of ytterbium ions.. The effect of temperature on the upconversion process was examined and the results revealed a fourfold upconversion enhancement in the 300-500 K interval. The enhancement of the upconversion process is due to the temperature dependence of the Yb3+-sensitizer absorption cross-section under anti-Stokes excitation. A rate-equation. model using multiphonon-assisted absorption for the ytterbium excitation combined with the energy migration effect between Yb-Yb pair, and Tb3+ ground-state depopulation via multiphonon excitation of the F-7(J) excited states describes quite well the experimental results. (C) 2003 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Efficient energy upconversion emission in Tm3+/Yb3+-codoped TeO2-based optical glasses excited at 1.064 mu m

Efficient energy upconversion of cw radiation at 1.064 mum into blue, red, and near infrared emission in Tm3+-doped Yb3+-sensitized 60TeO(2)-10GeO(2)-10K(2)O-10Li(2)O-10Nb(2)O(5) glasses is reported. Intense blue upconversion luminescence at 485 nm corresponding to the Tm3+ (1)G(4)--> H-3(6) transition with a measured absolute power of 0.1 muW for 800 mW excitation power at room temperature is observed. The experimental results also revealed a sevenfold enhancement in the upconversion efficiency when the sample was heated from room temperature to 235 degreesC yielding 0.7 muW of blue absolute fluorescence power for 800 mW pump power. High brightness emission around 800 nm (F-3(4)--> H-3(6)) in addition to a less intense 655 nm ((1)G(4)--> H-3(4) and F-3(2,3)--> H-3(6)) fluorescence is also recorded. The energy upconversion excitation mechanism for thulium emitting levels is assigned to multiphonon-assisted anti-Stokes excitation of the ytterbium-sensitizer followed by multiphonon-assisted sequential energy-transfer processes. (C) 2001 American Institute of Physics.

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Energy of the Photosubstitutionally Reactive Excited State of Pentaammine(pyridine)ruthenium(II)

The photosensitized aquation of pentaammine(pyridine)ruthenium(II) by several dyes has been studied under conditions where only the sensitizers absorb light. The ratio of the quantum yields for ammine and pyridine substitution was the same as that for direct photoaquation. Sensitization was effective with singlet sensitizers Rhodamine-B (17 452 cm -1) and Safranine-T (17 690 cm -1), as well as the triplet sensitizer biacetyl (19 000 cm -1), but no reaction was observed with Neutral-Red (16 900 cm -1). The results indicate that the excited state precursor of the observed photosubstitution in the complex lies in the energy range between 17 000 and 17 700 cm -1.

Structure, characterization and near-infrared emission of a novel 6-connected uninodal 3D network of Nd(III) containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion

The novel coordination polymer with the formula {[Nd2(2,5-tdc)3(dmf)2(H2O)2].dmf.H2O}n (2,5-tdc2-=2,5-thiophedicarboxylate anion and dmf=dimethylformamide) has been synthesized and characterized by thermal analysis (TG/DTA), vibrational spectroscopy (FTIR) and single crystal X-ray diffraction analysis (XRD). Structure analysis reveals that Nd(III) ions show dicapped trigonal prism coordination geometry. The 2,5-tdc2- ligands connect four Nd(III) centers, adopting (κ1 - κ1) - (κ1 - κ1) - μ4 coordination mode, generating an interesting 6-connected uninodal 3D network. Photophysical properties were studied using diffuse reflectance spectroscopy (DR) and excitation/emission spectra. The photoluminescence data show the near infrared emission (NIR) with the characteristic 4F3/2→4IJ (J=9/2, 11/2 and 13/2) transitions of Nd(III) ion, indicating that 2,5-tdc2- is able to act as a sensitizer for emission in NIR region. © 2013 Elsevier B.V.

Vidros a base de óxido de telúrio para dispositivos fotônicos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Photodynamic therapy in root canals contaminated with Enterococcus faecalis using curcumin as photosensitizer

The aim of the study was to evaluate the photodynamic therapy (PDT) effect on root canals contaminated with Enterococcus faecalis using a light emitting diode (LED) light and a curcumin solution (CUR) as photosensitizer (PS). Eighty root canals from uniradicular human teeth were prepared with Protaper Universal rotary system and contaminated with E. faecalis for 21 days. They were divided as: GIa-PDT (CUR, pre-irradiation for 5 + 5 min of irradiation); GIb-PDT (CUR, pre-irradiation for 5 + 10 min of irradiation); GIIa-(CUR, pre-irradiation for 5 + 5 min without irradiation); GIIb-(CUR pre-irradiation for 5 + 10 min of irradiation); GIIIa-(physiological solution and irradiation for 5 min); and GIIIb-(physiological solution and irradiation for 10 min); positive and negative control groups. Collections from root canals were made at time intervals of 21 days after contamination, immediately after treatment, and 7 days after treatment, and submitted to colony forming units per milliter (CFU mL-1) counts. The data were submitted to ANOVA and Tukey multiple comparison tests, at a level of significance of 5 %. In the immediate post-treatment collection, group GIa showed greater bacterial reduction in comparison with GIIa, GIIb, GIIIa, GIIIb, and positive control (P < 0.05). At 7 days post-treatment, GIa showed significant bacterial reduction only in comparison with GIIIa (P < 0.05). Curcumin as sensitizer was effective by 5 min LED irradiation but not by 10 min irradiation PDT using LED light, and curcumin as PS was not effective in eliminating E. faecalis. No difference was observed for periods of irradiation.

Estudo do efeito de cério como sensibilizador e ativador, em matrizes de difenilfosfinatos de lantânio, dopadas com európio e/ou térbio

This paper aims the preparation, characterization and study of luminescence, particularly as for the cerium ion action as activator or sensitizer, in diphenylphosphinate of lanthanum compounds trivalent ions cerium-, europium-, and/or terbium-doped. The following compounds were prepared and studied: i) La1-(x+y)CexEuy(DFF)3; ii) La1-(x+y)CexTby(DFF)3; iii) La1-(x+y+z)CexEuyTbz(DFF)3, with x = 10%, y = 5% e z = 5%. The diphenylphosphinate of lanthanum, Ln[(Ph2)PO2]3, are complexes obtained by the mixture of lanthanides chlorides with diphenylphosphinic acid, ethanol medium. These compounds make white powders, crystalline, insoluble in normal temperature and pressure, and are chemically and thermally stable. When doping with Ce3+, Eu3+ and/or Tb3+, the compounds present characteristic luminescence. Luminescent materials are made of a host matrix incorporated with few amounts of ions called activators, which are able to present luminescence after being excited by UV light or high energy radiation, and sensitizer ions, which have the role of absorbing excitation energy and transfer it to the activator, for it to emit luminescence radiation. The infrared vibrational spectroscopy indicates that the coordination occurs by the oxygens of phosphorile group with ΔνPO of about 40 cm-1 compared to the free ligand. The X Ray difractograms of compounds Eu- and/or Tb-doped are similar, but they present profile of diffraction different observed by Stucchi and col. In previous papers, indicated an influence of Ce in the crystalline phase formation of these matrices. In luminescence spectrums, the excitation that can be made by the levels of ligand in 273 nm, or cerium ion in area between 300 and 400 nm were observed. In the emission spectrum, with excitation in 273 nm, is possible to observe the emission of Ce3+ below 400 nm and the Eu3+ in 592, 611 and 617 nm, and the...as a sensitizer to.

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Two novel coordination polymers with the formula {[Ln(2)(2,5-tdc)(3)(dmso)(2)].H2O}(n) (Ln = Tb(III) for (1) and Dy(III) for (2)), (2,5-tdc(2-) = 2,5-thiophenedicarboxylate and dmso = dimethylsulfoxide) have been synthesized by the diffusion method and characterized by thermal analysis, vibrational spectroscopy and single crystal X-ray diffraction analysis. Structure analysis reveals that 2,5-tdc(2-) play a versatile role toward different lanthanide ions to form three-dimensional metal-organic frameworks (MOFs) in which the lanthanides ions are heptacoordinated. Photophysical properties were studied using excitation and emission spectra, where the photoluminescence data show the high emission intensity of the characteristic transitions D-5(4 ->) F-7(J) (J= 6, 5, 4 and 3) for (1) and (F9/2 -> HJ)-F-4-H-6 (J = 15/2, 13/2 and 11/2) for (2), indicating that 2,5-tdc(2-) is a good sensitizer. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of photodynamic therapy with different formulations of methylene blue in teeth contaminated by Enterococcus faecalis

The aim of this study was to compare the disinfection of dentine using photodynamic therapy with methylene blue in different formulations. Thirty bovine teeth roots were autoclaved and incubated with a suspension of Enterococcus faecalis. The specimen were randomly divided into three groups: G1, the roots were filled with 10 mM methylene blue dissolved in water; G2, the roots were filled with 10 mM methylene blue dissolved in a mixture of glycerol: ethanol: water; G3, roots filled with 100 mM methylene blue dissolved in water. The groups were irradiated with a 660 nm diode laser with an output power of 100 mW for 4 min, energy density of 850 J/cm2 and after this procedure, the sensitizer was removed and microbial samples were collected from within the root canals. The samples were plated on mEnterococcus to count the colony-forming units (CFU/mL). The means were: Group 1=513×103, Group 2=1431×103 and Group 3=2.96×103. The statistical analysis detected higher disinfection achieved by G3 when compared with groups G1 and G2, and no significant difference between the groups G1 and G2 (P>0.05). The increase of the concentration of methylene blue dye achieved higher disinfection in photodynamic therapy.

Necrosis response to photodynamic therapy using light pulses in the femtosecond regime

One of the clinical limitations of the photodynamic therapy (PDT) is the reduced light penetration into biological tissues. Pulsed lasers may present advantages concerning photodynamic response when compared to continuous wave (CW) lasers operating under the same average power conditions. The aim of this study was to investigate PDT-induced response when using femtosecond laser (FSL) and a first-generation photosensitizer (Photogem) to evaluate the induced depth of necrosis. The in vitro photodegradation of the sensitizer was monitored during illumination either with CWor an FSL as an indirect measurement of the PDT response. Healthy liver of Wistar rats was used to evaluate the tissue response. The photosensitizer was endovenously injected and 30 min after, an energy dose of 150 Jcm-2 was delivered to the liver surface. We observed that the photodegradation rate evaluated via fluorescence spectroscopy was higher for the FSL illumination. The FSL-PDT produced a necrosis nearly twice as deep when compared to the CW-PDT. An increase of the tissue temperature during the application was measured and was not higher than 2.5 °C for the CW laser and not higher than 4.5 °C for the pulsed laser. FSL should be considered as an alternative in PDT applications for improving the results in the treatment of bulky tumors where higher light penetration is required.

Solvatationsdynamik: lokales Relaxationsverhalten glasbildender Systeme

In dieser Arbeit wurde das lokale Relaxationsverhalten niedermolekularer glasbildender Materialien mit der Methode der Solvatationsdynamik untersucht. Bei dieser Methode werden phosphoreszente Farbstoffe als molekulare Sonden für die lokale Dynamik im Glasbildner eingesetzt. Je nach verwendeter Sonde sind unterschiedliche Eigenschaften zugänglich:Mit Farbstoffen, die ihr Dipolmoment bei optischer Anregung nicht ändern, wird eine mechanische Solvatation gemessen, die die lokale viskoelastische Antwort des Materials widerspiegelt. Mit Farbstoffen, die eine Änderung des Dipolmoments bei optischer Anregung aufweisen,sind zusätzlich lokale dielektrische Eigenschaften des Materials zugänglich, die bei endlicher Polarität des Lösungsmittels dominieren. Das heterogene Relaxationsverhalten des Glasbildners 2-Methyltetrahydrofuran wurde quantitativ untersucht.Auf einem Temperaturbereich, auf dem die mittlere Relaxationszeit um mehr als 4 Dekaden variiert, konnte gezeigt werden, daß die Relaxation lokal rein exponentiell verläuft. Zur Abschätzung von Reichweiteneffekten wurden Solvatationsmessungen in einschränkenden Geometrien in Form von porösen Sol-Gel Gläsern mit Porendurchmessern zwischen 7,5-2,5 nm durchgeführt. Der Einfluß der Beschaffenheit der Porenoberfläche wurde durch Vergleichzwischen der Solvatation in nativen und in silanisierten Gläsern untersucht. Es wurde gezeigt, daß auch in den kleinsten verwendeten silanisierten Poren alle Charakteristika des jeweiligen Bulk-Systems erhalten bleiben.In den nativen porösen Gläsern dagegen führt der Einfluß der stark polaren Oberfläche zu einer Änderung der Dynamik.

Terrylendiimide als Biolabel und funktionelle Farbstoffe

In dieser Arbeit werden neue Rylenimide und Anwendungsmöglichkeiten für diese Farbstoffklasse beschrieben, die sich durch hohe Photostabilitäten und hohe Fluoreszenzquantenausbeute auszeichnet. Ziel dieser Arbeit war es, durch systematische Wahl der Substituenten in den Imidstrukturen und/oder den bay-Regionen von Rylendiimidfarbstoffen vollkommen neue Produkteigenschaften zu verwirklichen, Reaktionen bzw. Anwendungen zu ermöglichen und den Aufbau von komplexeren Chromophorarchitekturen zu gestatten. Das Strukturmotiv des Terrylendiimids nahm dabei die zentrale Rolle ein. Die Arbeit wurde in vier Kapitel aufgeteilt. Das Ziel des ersten Kapitels war es, wasserlösliche Terrylendiimide zur Untersuchung von biologischen Proben im Wellenlängenbereich über 600 nm einzusetzen. Ein wasserlösliches Terrylendiimid erwies sich dabei als deutlich photostabiler als zwei weitverbreitete Fluoreszenzfarbstoffe. Eine erste Proteinmarkierung mit monofunktionellem Farbstoff wurde an Proteinmolekülen erfolgreich durchgeführt. Durch gezielte Modifikationen konnten zwei Terrylendiimide hergestellt werden, die sich noch deutlich besser zum Abbilden von Zellstrukturen eignen. In dem zweiten Kapitel spielte die Löslichkeit von Rylendiimiden in organischen Lösungsmitteln eine zentrale Rolle. Es wurde eine Rylendiimidserie hergestellt, deren löslichkeitssteigernde Gruppen eine Organisation der Moleküle in ausgedehnten Stapelstrukturen nicht verhindern. Mit dieser Serie konnte das flüssigkristalline Verhalten und die Selbstorganisation in der Rylendiimidreihe untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Selbstorganisation der Diimide in Donor-Akzeptor Gemischen untersucht. In STM-Experimenten konnten für alle drei Diimide selbstorganisierte Monoschichten mit dem Rastertunnelmikroskop mit molekularer Auflösung abgebildet werden. Darüber hinaus wurden in diesem Kapitel die ersten organischen Feldeffekttransistoren (OFET) auf der Basis des synthetisierten Terrylendiimids beschrieben. Im Rahmen eines Projektes in dem die elektronische Energieübertragung in Donor-Akzeptor-Diaden mit Hilfe von Einzelmolekülspektroskopie untersucht wird, wurde eine Perylendiimid-Terrylediimid Diade hergestellt. Die geringere Photostabilität des Donors ermöglichte zeitaufgelöste Einzelmolekül-messungen der Akzeptoremission mit und ohne Energietransfer vom Donor auf den Akzeptor. Durch diese Messungen konnten die Zeitkonstanten des Energietransfers für einzelne Diaden ermittelt werden. Ein weiterer Chromophor aus diesem Donor-Akzeptor-Paar soll die Möglichkeit eröffnen, den Energiefluß im Molekül gezielt zu manipulieren. Dazu wurde ein Donorchromophor mit zwei Akzeptoren in einem Multichromophor kombiniert. Im Rahmen der Synthesen dieser Arbeit wurden Terrylendiimide hergestellt, die in einer Imidstruktur eine Halogenfunktion trugen. Diese waren wichtige Synthesebausteine zum Aufbau von komplexen Chromophorarchitekturen. Ziel eines weiteren Kapitels war es, ein Terrylendiimid herzustellen, das als Sensibilisatorfarbstoff gemeinsam mit dem Haupt-Antennenkomplex von höheren Pflanzen LHCII in einer photoelektrochemischen Farbstoff-Solarzelle integriert werden konnte. Das hergestellte Terrylendiimid mit Carbonsäuregruppe eignete sich für Farbstoffsolarzellen auf Zinndioxidbasis.

New design of polyphenylene dendrimers for full-color light-emitting diodes

Dendritic systems, and in particular polyphenylene dendrimers, have recently attracted considerable attention from the synthetic organic chemistry community, as well as from photophysicists, particularly in view of the search for synthetic model analogies to photoelectric materials to fabricate organic light-emitting diodes (OLEDs), and even more advanced areas of research such as light-harvesting system, energy transfer and non-host device. Geometrically, dendrimers are unique systems that consist of a core, one or more dendrons, and surface groups. The different parts of the macromolecule can be selected to give the desired optoelectronic and processing properties. Compared to small molecular or polymeric light-emitting materials, these dendritic materials can combine the benefits of both previous classes. The high molecular weights of these dendritic macromolecules, as well as the surface groups often attached to the distal ends of the dendrons, can improve the solution processability, and thus can be deposited from solution by simple processes such as spin-coating and ink-jet printing. Moreover, even better than the traditional polymeric light-emitting materials, the well-defined monodisperse distributed dendrimers possess a high purity comparable to that of small molecules, and as such can be fabricated into high performance OLEDs. Most importantly, the emissive chromophores can be located at the core of the dendrimer, within the dendrons, and/or at the surface of the dendrimers because of their unique dendritic architectures. The different parts of the macromolecule can be selected to give the desired optoelectronic and processing properties. Therefore, the main goals of this thesis are the design and synthesis, characterization of novel functional dendrimers, e.g. polytriphenylene dendrimers for blue fluorescent, as well as iridium(III) complex cored polyphenylene dendrimers for green and red phosphorescent light emitting diodes. In additional to the above mentioned advantages of dendrimer based OLEDs, the modular molecular architecture and various functionalized units at different locations in polyphenylene dendrimers open up a tremendous scope for tuning a wide range of properties in addition to color, such as intermolecular interactions, charge mobility, quantum yield, and exciton diffusion. In conclusion, research into dendrimer containing OLEDs combines fundamental aspects of organic semiconductor physics, novel and highly sophisticated organic synthetic chemistry and elaborate device technology.rn

Biologischer Lichtsammler (LHCII) für Halbleiternanokristalle (Quantum Dots)

Der light harvesting complex II (LHCII) ist ein pflanzliches Membranprotein, das in seiner trimeren Form über 40 Chlorophylle bindet. In der Pflanze kann er besonders effizient Licht sammeln und die Anregungsenergie anschließend fast verlustfrei über andere chlorophyll-bindende Proteine an die Reaktionszentren weiterleiten. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften war es ein Ziel dieser Arbeit, rekombinanten LHCII mit synthetischen Komponenten zu kombinieren, die zur Ladungstrennung befähigt sind. Zu diesem Zweck wurden unter anderem Halbleiternanokristalle (Quantum Dots, QDs) ausgewählt, die je nach Zusammensetzung sowohl als Energieakzeptoren als auch als Energiedonoren in Frage kamen. Durch Optimierung des Puffers gelang es, die Fluoreszenzquantenausbeute der QDs in wässriger Lösung zu erhöhen und zu stabilisieren, so dass die Grundvoraussetzungen für die spektroskopische Untersuchung verschiedener LHCII-QD-Hybridkomplexe erfüllt waren.rnUnter Verwendung bereits etablierter Affinitätssequenzen zur Bindung des LHCII an die QDs konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit verwendeten Typ-I QDs aus CdSe und ZnS sich kaum als Energie-Donoren für den LHCII eignen. Ein Hauptgrund lag im vergleichsweise kleinen Försterradius R0 von 4,1 nm. Im Gegensatz dazu wurde ein R0 von 6,4 nm für den LHCII als Donor und Typ-II QDs aus CdTe, CdSe und ZnS als Akzeptor errechnet, wodurch in diesem System eine höhere Effizienz des Energietransfers zu erwarten war. Fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen von Hybridkomplexen aus LHCII und Typ-II QDs ergaben eine hohe Plausibilität für einen Fluoreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) vom Lichtsammler auf die QDs. Weitere QD-Affinitätssequenzen für den LHCII wurden identifiziert und deren Bindekonstanten ermittelt. Versuche mit dem Elektronenakzeptor Methylviologen lieferten gute Hinweise auf eine LHCII-sensibilisierte Ladungstrennung der Typ-II QDs, auch wenn dies noch anhand alternativer Messmethoden wie z.B. durch transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt werden muss. rnEin weiteres Ziel war die Verwendung von LHCII als Lichtsammler in dye-sensitized solar cells (DSSC). Geeignete dotierte TiO2-Platten wurden ermittelt, das Verfahren zur Belegung der Platten optimiert und daher mit wenig Aufwand eine hohe LHCII-Belegungsdichte erzielt. Erste Messungen von Aktionsspektren mit LHCII und einem zur Ladungstrennung fähigen Rylenfarbstoff zeigen eine, wenn auch geringe, LHCII sensibilisierte Ladungstrennung. rnDie Verwendung von Lanthanide-Binding-Tags (LBTs) ist ein potentielles Verfahren zur in vivo-Markierung von Proteinen mit Lanthanoiden wie Europium und Terbium. Diese Metalle besitzen eine überdurchschnittlich lange Lumineszenzlebensdauer, so dass sie leicht von anderen fluoreszierenden Molekülen unterschieden werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang es, eine LBT in rekombinanten LHCII einzubauen und einen Lumineszenz Resonanz Energietransfer (LRET) vom Europium auf den LHCII nachzuweisen.rn