Development of luminescent nanomaterials based on rare earth ions doping tin oxide and tin / titanium mixed oxide for biological applications

Atualmente, nanocristais semicondutores de banda larga dopados com íons lantanídeos trivalentes (Ln3+) têm sido o foco de interesse da pesquisa devido às suas propriedades ópticas distintas e potenciais aplicações em dispositivos ópticos e biosondas luminescentes. Devido à grande razão superfície / volume e ao efeito de confinamento quântico, as propriedades físico-químicas das matrizes em nanoescala podem diferir do material \"bulk\", afetando as propriedades de luminescência e a dinâmica dos estados excitados dos íons Ln3+. No entanto, uma questão importante para as nanopartículas (NPs) semicondutoras é se os íons Ln3+ são realmente incorporados na rede cristalina, uma vez que suas propriedades químicas geralmente diferem das dos cátions dos semicondutores. Este trabalho apresenta a síntese, caracterização e estudos de fotoluminescência do óxido de estanho dopado com európio e térbio (SnO2:Eu3+; SnO2:Tb3+ e SnO2:Eu3+, Tb3+), preparados pelo método de coprecipitação, bem como do óxido misto de estanho / titânio dopado com neodímio (Sn1-xTixO2:Nd3+), preparado pela combinação dos métodos de coprecipitação e hidrotérmico. Esses materiais foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho, análise termogravimétrica, difração de raios X (método do pó), microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva por raios X e microscopia eletrônica de transmissão. As propriedades ópticas foram investigadas por espectroscopia de reflectância difusa, espectroscopia de fotoluminescência, bem como curvas de decaimento de emissão. Sabe-se que na \"janela biológica\", na região do infravermelho próximo (NIR), a emissão dos biomarcadores não se sobrepõe à emissão dos constituintes fisiológicos (isto é, pigmentos, proteínas, coenzimas, água). Então, aproveitando-se da vantagem que os íons Nd3+ possuem bandas de absorção e emissão na região NIR, as propriedades luminescentes das soluções sólidas Sn1-xTixO2:Nd3+ foram investigadas sob excitação laser de 808 nm, visando aplicações biotecnológicas. Devido às informações sobre a toxicidade dessas NPs em células serem escassas, foram realizados ensaios de citotoxicidade in vitro dessas NPs com linhagem celular normal de fibroblastos murinos NIH/3T3 . Dessa forma, os estudos de fotoluminescência e citotoxicidade sugeriram que esses luminóforos podem ser potencialmente usados para bioaplicação.Currently, tripositive lanthanide (Ln3+) ions doping wide band gap semiconductor nanocrystals have been the focus of research interest due to their distinct optical properties and potential applications in optical devices and luminescent bioprobes. Because of the large surface to volume ratio and the quantum confinement effect, physicochemical properties of the host materials in nanoscale may differ markedly from those in bulk, affecting the luminescence properties and excited-state dynamics of Ln3+ ions. However, an important issue for semiconductor nanoparticles (NPs) is if the Ln3+ ions are really incorporated into the lattice sites, since their chemical properties usually differ from those of semiconductor host cations. This work present the syntheses, characterization and photoluminescence studies of europium and terbium doped tin oxide (SnO2:Eu3+; SnO2:Tb3+ and SnO2:Eu3+,Tb3+), prepared by coprecipitation method, as well as neodymium doped tin/titanium mixed oxide (Sn1-xTixO2:Nd3+), prepared by the combination of coprecipitation and hydrothermal methods. These materials were characterized by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and transmission electron microscopy. Optical properties were carried out by diffuse reflectance spectroscopy, photoluminescence excitation and emission spectroscopy, as well emission decay curves. It is known that in the \"biological window\", in the near infrared (NIR) region, the emission of biomarkers does not overlap with the emission of physiological constituents (ie pigments, proteins, coenzymes, water) Taking the advantage that Nd3+ ions has both absorption and emission bands in NIR region, the emission spectra of Sn1xTixO2:Nd3+ solid solutions was carried out under 808 nm laser excitation. Nevertheless, there is limited information concerning to the toxicity of these NPs with cells. Then, they were performed in vitro cytotoxicity assays of the NPs with murine fibroblasts NIH/3T3 normal cell line. Thus, the photoluminescence and cytotoxicity studies suggested that these luminophores can be potentially used for bioapplication