Energy Migration in Upconversion Nanocrystals

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The processes of energy migration in upconvertion nanocrystals (UCNPs) governing the quantum efficiency under pulse excitation at 975 nm, which is a decisive factor for the widespread use of UCNPs, have been studied. The treatment by picosecond laser radiation leads to a controlled nanotransformation of a three-dimensional luminescent structure into a one-dimensional one through the formation of particles with a structure resembling a “medusa”.
The upconversion process in the one-dimensional structure occurs due to the energy migration between Yb3+, as in the case of nanoparticles. An approach is proposed for evaluating the efficiency of nonradiative energy transfer in a complex of UCNPs with a fluorophore. It takes into account the contribution of energy migration between sensitizer ions. The use of UCNPs in photothermal therapy is shown to be promising due to the large absorption cross section of the Yb3+ sensitizer. The cellular response to hyperthermia involving UCNPs is demonstrated by measuring heat shock protein expression.

About the authors

Alla N. Generalova

Shemyakin & Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, RAS

Author for correspondence.
Email: angeneralova@gmail.com
Russian Federation, 16/10 Miklukho-Maklaya Str., Moscow, 117997, Russia

Roman A. Akasov

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: roman.akasov@gmail.com
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

Polina A. Demina

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: Polidemina1207@yandex.ru
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

Kirill V. Khaydukov

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: haidukov_11@mail.ru
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

Valeriia I. Kuzyaeva

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: kuzyaeva.valeriya@mail.ru
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

Daria O. Solovyeva

Shemyakin & Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, RAS

Email: d.solovieva@mail.ru
Russian Federation, 16/10 Miklukho-Maklaya Str., Moscow, 117997, Russia

Konstantin E. Mochalov

Shemyakin & Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, RAS

Email: mochalov@mail.ru
Russian Federation, 16/10 Miklukho-Maklaya Str., Moscow, 117997, Russia

Vladimir A. Semchishen

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: Sem_47@mail.ru
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

Evgeny V. Khaydukov

Federal Scientific Research Center «Crystallography and Photonics», RAS

Email: khaydukov@mail.ru
Russian Federation, 59 Leninsky Ave., Moscow, 119333, Russia

References

  1. L. Cheng, C. Wang, Z. Liu. Nanoscale, 2013, 5(1), 23. doi: 10.1039/c2nr32311g.
  2. D. Yang, P. Ma, Z. Hou, Z. Cheng, C. Li, J. Lin. Chem. Soc. Rev., 2015, 44(6), 1416. doi: 10.1039/C4CS00155A.
  3. E.V. Khaydukov, V.A. Semchishen, V.N. Seminogov, V.I. Sokolov, A.P. Popov, A.V. Bykov, A.V. Nechaev, A.S. Akhmanov, V.Y. Panchenko, A.V. Zvyagin. Laser Phys. Lett., 2014, 11, 095602. doi: 10.1088/1612-2011/11/9/095602.
  4. J. Shan, Y. Ju. Nanotechnology, 2009, 20(27), 275603. doi: 10.1088/0957-4484/20/27/275603.
  5. A. Nadort, J. Zhao, E.M. Goldys. Nanoscale, 2016, 8(27), 13099. doi: 10.1039/c5nr08477f.
  6. A.N. Generalova, B.N. Chichkov, E.V. Khaydukov. Adv. Colloid Interface Sci., 2017, 245, 1. doi: 10.1016/j.cis.2017.05.006.
  7. C.T. Xu, Q. Zhan, H. Liu, G. Somesfalean, J. Qian, S. He, S. Andersson-Engels. Laser Photon., 2013, 7(5), 663. doi: 10.1002/lpor.201200052.
  8. M. Haase, H. Schäfer. Angew. Chemie Int. Ed., 2011, 50(26), 5808. doi: 10.1002/anie.201005159.
  9. D.T. Klier, M.U. Kumke. J. Mater. Chem. C, 2015, 3(42), 11228. doi: 10.1039/c5tc02218e.
  10. А.И. Бурштейн. ЖЭТФ, 1972, 62(5), 1695.
  11. J.G. Solé, L. Bausá, D. Jaque. An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, UK, Chichester: Wiley, 2005, 304 pp.
  12. P. Villanueva-Delgado, K.W. Krämer, R. Valiente. J. Phys. Chem. C, 2015, 119(41), 23648. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b06770.
  13. S. Alyatkin, I. Asharchuk, K. Khaydukov, A. Nechaev, O. Lebedev, Y. Vainer, V. Semchishen, E. Khaydukov. Nanotechnology, 2017, 28(3), 035401. doi: 10.1088/1361-6528/28/3/035401.
  14. A.N. Generalova, V.A. Oleinikov, E.V. Khaydukov. Adv. Colloid Interface Sci., 2021, 297, 102543. doi: 10.1016/j.cis.2021.102543.
  15. L. Sajti, D.N. Karimov, V.V. Rocheva, N.A. Arkharova, K.V. Khaydukov, O.I. Lebedev, A.E. Voloshin, A.N. Generalova, B.N. Chichkov, E.V. Khaydukov. Nano Res., 2021, 14, 1141. doi: 10.1007/s12274-020-3163-4.
  16. S. Lu, J. Ke, X. Li, D. Tu, X. Chen. Aggregate, 2021, 2, e137. doi: 10.1002/agt2.137.
  17. X. Zou, M. Xu, W. Yuan, Q. Wang, Y. Shi, W. Feng, F. Li. Chem. Commun., 2016, 52(91), 13389. doi: 10.1039/C6CC07180E.
  18. A.K. Woźniak, G.F. Schröder, H. Grubmüller, C.A.M. Seidel, F. Oesterhelt. Proc. Natl. Acad. Sci., 2008, 105(47), 18337. doi: 10.1073/pnas.0800977105.
  19. T. Heyduk. Curr. Opin. Biotechnol., 2002, 13(4), 292. doi: 10.1016/s0958-1669(02)00332-4.
  20. C. Du, H. Wang, F. Yang, P.C. Hammel. Phys. Rev. B, 2014, 90(14), 140407. doi: 10.1103/PhysRevB.90.140407.
  21. K.E. Mochalov, A.E. Efimov, A. Bobrovsky, I.I. Agapov, A.A. Chistyakov, V.A. Oleinikov, A. Sukhanova, I. Nabiev. ACS Nano, 2013, 7(10), 8953. doi: 10.1021/nn403448p.
  22. A. Jordan, P. Wust, H. Fähling, W. John, A. Hinz, R. Felix. Int. J. Hyperth., 2009, 25(7), 499. doi: 10.3109/02656730903287790.
  23. X. Zhu, W. Feng, J. Chang, Y.-W. Tan, J. Li, M. Chen, Y. Sun, F. Li. Nat. Commun., 2016, 7, 10437. doi: 10.1038/ncomms10437.
  24. L. Cheng, K. Yang, Y. Li, J. Chen, C. Wang, M. Shao, S.-T. Lee, Z. Liu. Angew. Chemie Int. Ed., 2011, 50(32), 7385. doi: 10.1002/anie.201101447.
  25. A. Gulzar, J. Xu, D. Yang, L. Xu, F. He, S. Gai, P. Yang. Dalt. Trans., 2018, 47(11), 3931. doi: 10.1039/c7dt04141a.
  26. J.R. Melamed, R.S. Edelstein, E.S. Day. ACS Nano, 2015, 9(1), 6. doi: 10.1021/acsnano.5b00021.
  27. J. Wu, T. Liu, Z. Rios, Q. Mei, X. Lin, S. Cao. Trends Pharmacol. Sci., 2017, 38(3), 226. doi: 10.1016/j.tips.2016.11.009.
  28. D. Lanneau, M. Brunet, E. Frisan, E. Solary, M. Fontenay, C. Garrido. J. Cell. Mol. Med., 2008, 12(3), 743. doi: 10.1111/j.1582-4934.2008.00273.x.
  29. I.V. Krylov, R.A. Akasov, V.V. Rocheva, N.V. Sholina, D.A. Khochenkov, A.V. Nechaev, N.V. Melnikova, A.A. Dmitriev, A.V. Ivanov, A.N. Generalova, E.V. Khaydukov. Front. Chem., 2020, 8, 895. doi: 10.3389/fchem.2020.00295.
  30. R. Paschotta, J. Nilsson, A.C. Tropper, D.C. Hanna. IEEE J. Quantum Electron., 1997, 33(7), 1049. doi: 10.1109/3.594865.
  31. A.A. Kaminskii, N.R. Agamalyan, G.A. Deniseneo, S.E. Sarkisov, P.P. Fedorov. Phys. Stat. Sol. (a), 1982, 70(2), 397. doi: 10.1002/pssa.2210700206.
  32. L. Esterowitz, F.J. Bartoli, R.E. Allen. J. Lumin., 1979, 21(1), 1. doi: 10.1016/0022-2313(79)90030-9.
  33. A.A.S. da Gama, G.F. de Sá, P. Porcher, P. Caro. J. Chem. Phys., 1981, 75(6), 2583. doi: 10.1063/1.442410.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Generalova A.N., Akasov R.A., Demina P.A., Khaydukov K.V., Kuzyaeva V.I., Solovyeva D.O., Mochalov K.E., Semchishen V.A., Khaydukov E.V.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».