Upconverting nanoparticles in sensing technologies: from design and synthesis to multifunctional nanoplatforms and portable devices (2024)
- Authors:
- Autor USP: ARAI, MARYLYN SETSUKO - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SMM
- DOI: 10.11606/T.18.2024.tde-06012025-155057
- Subjects: NANOPARTÍCULAS; SENSORES BIOMÉDICOS; NANOPARTÍCULAS
- Keywords: Biossensores; Conversão ascendente; Multifuncionalidade; Nanomateriais; Sensores luminescentes
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Nanopartículas de emissoras de luz por conversão ascendente de energia (UCNPs) emergiram como ferramentas poderosas no campo de sensoriamento, oferecendo vantagens únicas devido à sua capacidade de converter luz infravermelha de baixa energia em luz visível ou ultravioleta de maior energia. Essa propriedade torna as UCNPs altamente desejáveis para o desenvolvimento de sensores avançados em domínios físicos, químicos e biológicos. O uso de UCNPs em sensores permite desenvolver métodos de detecção não invasivos, altamente sensíveis e seletivos, o que é particularmente benéfico em ambientes que exigem interferência mínima e alta precisão. Esta tese apresenta o desenvolvimento de sensores baseados em UCNPs para diversas áreas: detecção portátil de biomarcadores, plataformas multifuncionais e diferenciação bacteriana. Primeiramente, introduzimos o Ensaio de Fluxo Lateral de Alta Luminescência (ELLA) para detectar rapidamente biomarcadores de lesão renal aguda em amostras de urina. Utilizando UCNPs dopadas com Er^[+3] e Tm^[+3], que são aprimoradas com uma camada de sílica mesoporosa revestida de ouro, este sensor demonstra um aumento notável de 40 vezes na intensidade de emissão, facilitando a detecção precisa dos biomarcadores KIM-1 e NGAL, com limites de detecção tão baixos quanto 0,28 ng/mL e 0,23 ng/mL, respectivamente. O sensor portátil desenvolvido fornece resultados em até 15 minutos, mostrando seu potencial para diagnóstico precoce de doenças. Em seguida, descrevemos umananoplataforma multifuncional que combina UCNPs dopadas com Tm^[+3] com um complexo de Cu(I) para aplicações em detecção de oxigênio, termometria óptica e ajuste de cor de emissão. A plataforma utiliza Transferência de Energia por Luminescência Ressonante (LRET) para alcançar transferência eficiente de energia, permitindo a emissão vermelha do complexo de Cu(I) enquanto mantém as emissões originais das UCNPs para termometria. Essa dupla funcionalidade permite a detecção sensível de oxigênio, com uma constante de Stern-Volmer de 1,64, e medições precisas de temperatura, com sensibilidades relativas de até 1% K^[-1]. A capacidade de modular as cores de emissão adiciona um aspecto personalizável a esta nanoplataforma, tornando-a uma ferramenta versátil. Finalmente, abordamos o desafio crítico da detecção rápida e diferenciação bacteriana através de um sensor luminescente inovador baseado em UCNPs. Funcionalizando UCNPs com antibióticos vancomicina para bactérias Gram-positivas e polimixina-B para bactérias Gram-negativas e utilizando nanopartículas de ouro como supressores de emissão, este sensor utiliza um mecanismo ratiométrico de "ativação" para detecção. O sensor distingue efetivamente entre bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, demonstrando excelente correlação com as concentrações bacterianas reais em uma ampla faixa, tornando-o um candidato promissor para diagnósticos ambientais e clínicos
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
- Data da defesa: 25.09.2024
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
ARAI, Marylyn Setsuko. Upconverting nanoparticles in sensing technologies: from design and synthesis to multifunctional nanoplatforms and portable devices. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06012025-155057/. Acesso em: 01 abr. 2026. -
APA
Arai, M. S. (2024). Upconverting nanoparticles in sensing technologies: from design and synthesis to multifunctional nanoplatforms and portable devices (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06012025-155057/ -
NLM
Arai MS. Upconverting nanoparticles in sensing technologies: from design and synthesis to multifunctional nanoplatforms and portable devices [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 01 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06012025-155057/ -
Vancouver
Arai MS. Upconverting nanoparticles in sensing technologies: from design and synthesis to multifunctional nanoplatforms and portable devices [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 01 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06012025-155057/ - A host-guest approach to ratiometric pH sensing using upconversion nanoparticles
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