Lanthanide-Doped Upconversion Nanoparticles: Exploring A Treasure Trove of NIR-Mediated Emerging Applications

材料科学 光子上转换 纳米技术 光漂白 纳米颗粒 量子点 镧系元素 光电子学 发光 荧光 光学 化学 物理 离子 有机化学
作者
Karan Malhotra,David A. Hrovat,Balmiki Kumar,Grace Yue Qu,Justin Van Houten,Reda Ahmed,Paul A. E. Piunno,Patrick T. Gunning,Ulrich J. Krull
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (2): 2499-2528 被引量:89
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12370
摘要

Lanthanide-doped upconversion nanoparticles (UCNPs) possess the remarkable ability to convert multiple near-infrared (NIR) photons into higher energy ultraviolet-visible (UV-vis) photons, making them a prime candidate for several advanced applications within the realm of nanotechnology. Compared to traditional organic fluorophores and quantum dots (QDs), UCNPs possess narrower emission bands (fwhm of 10-50 nm), large anti-Stokes shifts, low toxicity, high chemical stability, and resistance to photobleaching and blinking. In addition, unlike UV-vis excitation, NIR excitation is nondestructive at lower power intensities and has high tissue penetration depths (up to 2 mm) with low autofluorescence and scattering. Together, these properties make UCNPs exceedingly favored for advanced bioanalytical and theranostic applications, where these systems have been well-explored. UCNPs are also well-suited for bioimaging, optically modulating chemistries, forensic science, and other state-of-the-art research applications. In this review, an up-to-date account of emerging applications in UCNP research, beyond bioanalytical and theranostics, are presented including optogenetics, super-resolution imaging, encoded barcodes, fingerprinting, NIR vision, UCNP-assisted photochemical manipulations, optical tweezers, 3D printing, lasing, NIR-II imaging, UCNP-molecule nanohybrids, and UCNP-based persistent luminescent nanocrystals.
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