Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Klasifikasi, Sintesis, dan Aplikasi Nanopartikel Silika Luminescent:Tinjauan

Abstrak

Bahan luminescent menarik perhatian dunia karena sifat optiknya yang unik. Silika, yang transparan terhadap cahaya, adalah matriks yang ideal untuk bahan berpendar. Nanopartikel silika luminescent (LSNs) memiliki aplikasi yang luas karena stabilitas kimia dan termal yang ditingkatkan. Bola silika dari berbagai ukuran dapat disintesis dengan metode yang berbeda untuk memenuhi persyaratan tertentu. Pewarna luminescent yang beragam memiliki potensi untuk aplikasi yang berbeda. Tergantung pada banyak faktor seperti quenchers, kinerja mereka tidak cukup memuaskan. Tinjauan ini dengan demikian membahas pengembangan LSN termasuk klasifikasi, sintesis, dan aplikasinya. Ini adalah sorotan bahwa bagaimana silika meningkatkan sifat pewarna luminescent dan peran apa yang dimainkan silika dalam sistem. Lebih lanjut, aplikasinya dalam biologi, tampilan, dan sensor juga dijelaskan.

Pengantar

Bahan luminescent banyak digunakan karena sifat optiknya yang khusus [1]. Namun, aplikasinya dibatasi oleh banyak batasan, seperti hidrofobisitas dan biokompatibilitas rendah, atau karena kerugian, seperti toksisitas tinggi, biokompatibilitas buruk, dan absorbansi rendah [2,3,4,5]. Oleh karena itu, perlu untuk memodifikasi bahan luminescent untuk memenuhi persyaratan aplikasi praktis.

LSN dengan sifat yang ditingkatkan telah menarik lebih banyak perhatian dalam biologi [6, 7], pencahayaan [8], dan sensor [9]. Sifat optik karakteristik mereka membuat mereka unik dalam bahan optik [10]. Silika transparan terhadap cahaya yang menjadikan silika sebagai kandidat ideal sebagai matriks untuk bahan fluoresen. Stabilitas termodinamika dan kimia juga merupakan faktor penting karena matriks dan silika bertepatan dengan faktor dasar ini [11]. Selain itu, permukaan silika dapat dengan mudah dimodifikasi, memungkinkan fungsionalisasi lebih lanjut dengan berbagai kelompok fungsional untuk menyesuaikan kebutuhan yang beragam [12]. Silika yang memiliki banyak keunggulan di atas secara alami merupakan substrat yang ideal untuk meningkatkan sifat bahan luminescent [13]. Sistem nano multifungsi dapat dibuat dengan merakit, mengenkapsulasi, atau mengintegrasikan satu atau lebih bahan nano yang berbeda di dalam dan di permukaan nanopartikel silika menggunakan proses yang berbeda [11]. Sebagai bahan modifikasi luminescent, LSNs dengan sifat yang sangat baik semakin menarik perhatian dalam penelitian perbatasan [14]. Montalti dkk. menyimpulkan banyak penelitian yang sangat baik dalam pencitraan medis dengan pewarna organik yang didoping silika [6]. Silika menyediakan platform yang stabil dan multifungsi untuk fosfor, tetapi toksisitas jangka panjang perlu dipelajari. Michael Schäfrling mendemonstrasikan seni sensor luminescent [9]. Selektivitas dan sensitivitas adalah inti dari bahan sensor. Zou Hua dkk. menguraikan cara modifikasi silika organik. Nanokomposit memiliki sifat unggul untuk memisahkan komponen [15]. Ada banyak ulasan menakjubkan yang berfokus pada bidang tertentu seperti biologi [6, 7, 16], tetapi kurang pengenalan sistematis tentang LSN dan kinerjanya yang luar biasa di bidang lain.

Tinjauan ini dimulai dengan klasifikasi LSN berikut dengan metode sintetiknya. Kategori LSN secara sistematis ditetapkan berdasarkan klasifikasi bahan luminescent. Dalam hal sifat kimia dan mekanisme luminesensi, pewarna molekul organik, logam luminescent, dan fosfor yang didoping kuantum dot (QDs) adalah tiga fosfor yang khas, yang semuanya memiliki mekanisme dan keunggulan luminesensi unik mereka sendiri sebagai perwakilan dari LSNs [17,18,19] ]. Puncaknya adalah bagaimana silika meningkatkan sifat-sifat fosfor. Dengan kekurangan aplikasi bahan luminescent, strategi yang mungkin dibahas untuk meningkatkan kinerjanya untuk LSN. Ini tidak hanya melibatkan aplikasi biologis tetapi juga tampilan dan sensor.

Klasifikasi LSN

Luminescence memancarkan berbagai kecerahan memiliki nilai besar di bidang material [20]. Banyak penelitian tentang modifikasi bahan luminescent telah dilakukan seputar bagaimana meningkatkan rasio signal-to-noise, stabilitas, dan kemampuan beradaptasi lingkungan untuk aplikasi potensial. Pengenalan ligan antena di kompleks lantanida untuk meningkatkan kinerja pendaran adalah contoh khas modifikasi. Silika adalah matriks yang baik untuk mencampur bahan dengan fungsi yang berbeda dan sifat kimia yang berbeda. Fosfor telah didoping ke dalam matriks silika untuk memodifikasi cacat alaminya dan meningkatkan sifat-sifatnya, yang menguntungkan untuk aplikasi luas dengan permukaan silika yang dimodifikasi dan tidak beracun serta perlindungan untuk pewarna luminescent. Dengan multifungsi dan kemampuan beradaptasi yang merdu, LSN telah menarik lebih banyak perhatian. Di antara semua luminescent phosphors, molekul luminescent organik, luminescent metal-doped phosphors dan QDs adalah tiga kategori paling representatif yang layak disorot. Jadi ketiga pewarna di atas ditampilkan sebagai LSN khas dalam kombinasi dengan silika. Contoh representatif tercantum dalam Tabel 1.

Molekul Bercahaya Organik yang Didoping LSNs

Molekul luminescent organik adalah bahan luminescent penting dengan struktur cincin -conjugated dan ukuran kecil [16]. Namun, pelabelan dan pemutihan yang tidak spesifik menghalangi aplikasinya. Nanopartikel silika yang didoping pewarna organik banyak dipelajari dengan stabilitas, selektivitas, dan biokompatibilitas yang sangat baik [52, 53]. Van Blaaderen dkk. [21] membuat upaya awal untuk mensintesis bola silika luminescent. Fluorescein isothiocyanate (FITC) dilapisi pada permukaan silika dengan bantuan APS ((3-aminopropyl)triethoxysilane) yang memberikan cara yang layak untuk menggabungkan pewarna dengan silika melalui ikatan kovalen. Terinspirasi oleh proses ini, Andrew et al. [22] mensintesis nanopartikel silika fluoresen emisi ganda dengan dua lapisan. Dua pewarna, tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC) dan FITC, dikonjugasikan ke silika melalui APS dalam lingkungan nitrogen anhidrat. Diagram skematik dan gambar SEM (Gbr. 1a) menunjukkan struktur nano dari partikel nano. Silika dengan TRITC disintesis terlebih dahulu sebagai inti dari nanopartikel emisi ganda dan FITC dikonjugasi pada permukaan inti dengan tetraetoksisilane (TEOS) lebih lanjut. Nanopartikel silika fluoresen emisi ganda yang disintesis menyelidiki nilai pH intraseluler dengan sukses dalam sel mast leukemia basofilik tikus (RBL-2H3) pada Gambar. 1b–d.

a Diagram pembentukan dan citra mikroskop elektron pemindaian (SEM) nanopartikel silika fluoresen emisi ganda dengan pewarna referensi (TRITC) dan pewarna sensor (FITC); gambar mikroskop fluoresensi confocal sel mast RBL (merah sebagai partikel silika TRITC dan hijau sebagai AlexaFluor 488-Cholera toxin B); gambar mikroskop fluoresensi confocal sel mast RBL sebagai sensor pH. b Untuk saluran referensi, c untuk saluran sensor, d untuk gambar overlay, dan e pencitraan rasiometrik warna palsu untuk nilai pH yang dihitung menurut eksperimen [22]

Untuk meningkatkan fotostabilitas fluorofor organik, enkapsulasi silika adalah metode modifikasi yang umum digunakan. Long Jiao dkk. [23] memilih empat pewarna aminocyanine sebagai probe fluoresen dekat-inframerah (NIR) dan menggabungkannya dengan 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), agen kopling silan yang umum. TEOS dihidrolisis dengan pewarna NIR yang diolah dalam sistem mikroemulsi. Nanopartikel silika fluoresen yang mengandung sianin (FSNPs) diperoleh setelah sentrifugasi dan pencucian. Seluruh proses ditunjukkan pada Gambar. 2a. Seperti yang dapat dilihat pada Gambar. 2b, keempat FSNP yang dienkapsulasi ke dalam silika menunjukkan stabilitas pH intensitas fluoresensi yang lebih baik daripada pewarna bebas. Keempat FSNP meningkatkan kecerahannya secara bersamaan (Gbr. 2c). Mereka menguji fotostabilitas mereka dalam sel hidup dengan mikroskop pemindaian laser confocal (CLSM). FSNP-3 dan FSNP-4 (lebih banyak situs penahan) mendapat peningkatan fotostabilitas daripada pewarna bebas sementara FSNP-1 dan FSNP-2 tidak mendapatkan peningkatan apa pun. Lebih banyak situs penahan memperkuat struktur molekul pewarna. Pewarna dengan struktur kaku memiliki peluruhan nonradiatif yang lebih sedikit dan rotasi intramolekul yang keras yang membuat pewarna lebih cerah. Lapisan silika dapat melindungi bahan yang dienkapsulasi yang telah memperkuat struktur molekul dan meningkatkan kecerahannya tanpa photobleaching. FSNP-3 dan 4 juga memiliki toksisitas biologis yang rendah menurut metode metil tetrazolium (MTT) pada Gambar 2d. Biokompatibilitas adalah keuntungan lain dari silika.

a Mekanisme FSNP-1, FSNP-2, FSNP-3, dan FSNP-4. b Intensitas yang dinormalisasi dalam nilai pH yang berbeda dari semua sampel. c Intensitas emisi FSNPs dan pewarna bebas. d Ditampilkan setelah diinkubasi dengan FSNP selama 24 jam, viabilitas sel makrofag mentah264.7 [23]

Aglomerasi adalah salah satu alasan utama pendinginan untuk sebagian besar pewarna luminescent. Fosfor dapat disimpan dalam konsentrasi yang sesuai dengan silika secara stabil. Aggregation-induced emission luminogens (AIEgens), tidak seperti luminofor tradisional, tidak mengalami masalah ini. Sebaliknya, agregasi menyebabkan emisi yang kuat [54]. Untuk meningkatkan kinerja AIEgens di bidang biologi, banyak matriks polimer digunakan untuk merangkum AIEgens. Selain itu, ada beberapa masalah lain yang dapat menyebabkan pendinginan AIEgens, seperti air dan oksigen, yang memiliki efek negatif pada aplikasi. Silika dapat mencegah mereka dari quenchers [55]. Berdasarkan analisis di atas, TPETPAFN (fluorogen khas yang terdiri dari dua liontin tetrafeniletilen dan inti transfer muatan intramolekul), sebuah AIEgen, dibiofungsikan oleh F127 (poli (etilen glikol)-blok-poli (propilen glikol)-blok-poli ( etilen glikol)) untuk membentuk inti misel [24]. TEOS dihidrolisis untuk mendapatkan cangkang silika yang dilapisi pada inti misel melalui metode sol-gel yang dimodifikasi. Seperti yang ditunjukkan Gambar 3, TPETAFN-F127-SiO2 . sintetis nanopartikel menunjukkan sifat fotoluminesensi yang lebih baik yang diuntungkan dari perlindungan cangkang silika.

a , d Menampilkan gambar fluoresensi dan histogram foton TPETAFN-F127-SiO2 NP, sesuai b , e untuk NP TPETOAFN dan c , f untuk QD655 komersial [24]

LSN yang Didoping Logam Luminescent

Logam tanah jarang [56] dan logam transisi [57] adalah bahan logam luminescent umum berdasarkan transisi transfer muatan. Pendaran setelah pengompleksan dengan ligan adalah fitur yang paling jelas dari bahan ini. Ada dua mekanisme utama pendaran logam, LMCT (transisi muatan ligan ke logam) dan MLCT (transisi muatan logam ke ligan). Logam lantanida dan logam transisi adalah contoh khasnya masing-masing. Karena tingkat energi elektronik yang melimpah, terdapat beragam logam luminescent yang memiliki potensi besar untuk aplikasi di bidang luminescence dengan emisi yang berbeda [58]. Logam mulia dengan LSPR telah banyak digunakan dalam bahan pendaran yang ditingkatkan dan terlibat dalam bagian ini. Namun demikian, efisiensi sensitisasi rendah dan quenching membatasi aplikasi logam luminescent [59]. Untuk meningkatkan fotostabilitas dan biokompatibilitasnya, Francis et al. menambahkan gugus silil tersubstitusi ke dalam ligan untuk modifikasi lebih lanjut [30]. Nanopartikel Eu@Si-OH diperoleh setelah melapisi kompleks Eu termodifikasi kelompok silil dengan silika melalui metode mikroemulsi terbalik. Produk akhirnya mendapat fungsi amina dengan APTES sebagai Eu@Si-NH2 nanopartikel. Lapisan silika menjaga kompleks dari quenchers (OH dan NH2 kelompok). Hasilnya, keduanya menunjukkan fotostabilitas yang lebih baik pada Gambar. 4. Eu@Si-NH2 nanopartikel menunjukkan kinerja yang baik dalam bioimaging.

Kurva intensitas fluoresensi berubah dengan waktu pemaparan di bawah penyinaran 365 nm, a kompleks induk Eu dalam CHCl3 solusi, b Eu@Si-NH2 , dan c Nanopartikel Eu@Si-OH dalam larutan buffer phosphate-buffered saline (PBS) [30]

Ezquerro dkk. menggabungkan kompleks Ir, kompleks luminescent MLCT, ke dalam kerangka silika untuk meningkatkan stabilitas dan sifat fotofisika melalui proses sol-gel [60]. Dengan perlindungan silika, fosfor ini menunjukkan stabilitas yang sangat baik tidak hanya di bawah kondisi sekitar tetapi juga lingkungan yang keras yang memiliki aplikasi lebih lanjut di dioda pemancar cahaya putih (WLED).

Y.Li dkk. [31] disintesis asam oleat stabil upconversion nanopartikel (UCNPs). Kemudian mereka melapisi lapisan silika pada UCNP melalui metode mikroemulsi dan UCNP yang larut dalam air diperoleh. Memperkenalkan Eu (TTA)3 phen kompleks ke dalam sistem, mereka mensintesis NaGdF4 :Yb,Er@SiO2 @Eu (TTA)3 Phen (UCNPs@SiO2 @EuTP) nanospheres. Pendinginan permukaan ditekan setelah pelapisan silika dan sebagai hasilnya intensitas emisi ditingkatkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5. Nanopartikel yang larut dalam air dengan dua emisi berbeda diperoleh dengan bantuan silika.

a Pembentukan UCNPs@SiO2 @EuTP dan TEM (mikroskop transmisi elektron) gambar sampel; b , c untuk UCNP, d , e untuk UCNPs@SiO2 , dan f , g untuk UCNPs@SiO2 @EuTP [31]

Chen dkk. [42] berhasil menggunakan titik karbon (CD) dan ion tanah jarang untuk WLED. Mereka mensintesis CD dengan metode pirolisis organik satu pot, yang memiliki emisi biru maksimum pada 470 nm, dan dua puncak eksitasi masing-masing pada 251 dan 364 nm. Untuk mendapatkan komposit pemancar cahaya putih, CD digunakan sebagai inti emisi biru dan Sr2 Si5 N8 :Eu 2+ fosfor digunakan sebagai komponen emisi oranye. CD dimasukkan ke dalam sistem Stöber. Saat TEOS dihidrolisis, CD akan dilapisi oleh lapisan silika dengan fosfor merah. Komposit karbon dot-silika-fosfor (CDSP) disintesis setelah sentrifugasi, pengeringan, dan penggilingan. CDSP memiliki daya serap yang luas mulai dari daerah UV (ultraviolet) hingga kuning (200-600 nm), terutama kuat di daerah UV. Setelah menguji eksitasi pada panjang gelombang yang berbeda, mereka menemukan bahwa CDSP mendapatkan koordinat Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) lemari (0,32, 0,32) dengan cahaya putih murni (0,33, 0,33) pada eksitasi pada 400 nm pada Gambar. 6. Dan itu adalah upaya yang baik untuk mendapatkan emisi CDSP dengan menyetel rasio massa CD dan fosfor. Di bawah eksitasi pada 400 nm, mereka mendapatkan rasio massa terdekat (3,9% (0,32, 0,32) dan 5,1% (0,34, 0,32) terhadap emisi putih. CDSP menunjukkan emisi putih yang lebih baik (0,30, 0,31) dalam kemasan light-emitting diode (LED) daripada CD&P (pencampuran dengan CD dan fosfor secara langsung) (0,28, 0,29). Dua komponen terdispersi secara homogen dengan silika dan menurunkan kemungkinan agregasi dan pemisahan fasa. Akhirnya, mereka mendapatkan WLED dengan bubuk CDSP pada chip dioda UV (375 nm), dan diperoleh cahaya putih (0,30, 0,33). Indeks rendering warna (CRI) sekitar 94, lebih tinggi dari WLED komersial berbasis YAG:Ce (CRI < 75).

Performa WLED berbasis CDSP:spektrum emisi dan foto [42]

Silika umumnya digunakan sebagai lapisan pelindung untuk bahan luminescent untuk menjaga jarak yang tepat dari logam mulia untuk meningkatkan fluoresensi. Hal ini disebabkan oleh osilasi berdiri elektron bebas yang disebabkan oleh cahaya. Untuk meningkatkan pendaran, perlu dijaga jarak yang sesuai antara pewarna dan partikel logam mulia. Sedangkan untuk bahan mulia yang disempurnakan, nanopartikel logam itu sendiri dapat menyebabkan pendinginan kromofor (dalam 5 nm) tetapi fluoresensinya dapat meningkat 100 kali lipat (sekitar 10 nm). Pada penelitian awal, Tuo Li et al. [61] mensintesis nanopartikel Ag dengan cangkang silika dalam matriks mikroemulsi (Ag/SiO2 nanopartikel). Reagen yang diperlukan untuk menghasilkan silika (TEOS dan sikloheksana) disuntikkan ke dalam mikroemulsi setelah perak direduksi. Mereka dengan hati-hati mempelajari efek dari kondisi yang berbeda (air/surfaktan untuk R dan air/TEOS untuk H) pada Ag/SiO2 nanopartikel dan hasilnya ditunjukkan seperti Gambar 7. Ini adalah jalur yang baik untuk melapisi lapisan silika yang seragam dan tebal pada inti tidak hanya Ag tetapi juga partikel nano lainnya dengan sistem mikroemulsi. Apa Zhenhua Bai dkk. [25] lakukan adalah contoh yang baik. 8-Hydroxypyrene-1, 3, 6-tresulfonic acid (HPTS), sejenis pewarna fluoresen yang peka terhadap pH, cocok untuk dibuat sebagai sensor pH intrasel karena keunggulannya yang unik. Tetapi kondisi pH yang ekstrim membuatnya tidak sensitif. Ketika larutan bersifat asam, efisiensi fluoresensinya akan menurun secara signifikan. Ag@SiO yang diserap HPTS2 nanopartikel (Gbr. 8a) dibuat berdasarkan efek fluoresensi yang ditingkatkan dengan logam mulia. Dari Gambar 8b terlihat bahwa Ag@SiO2 -8 nm@HPTS menunjukkan intensitas fluoresensi yang lebih baik terutama dalam kondisi pH yang ekstrim.

a Perubahan ukuran sebagai fungsi dari H (R = 4 dan X = 1); b ketika R adalah variabel, perubahan ukuran cluster Ag [61]

a Kemajuan sintesis Ag@SiO2 yang teradsorbsi HPTS2 nanopartikel. b Rasio intensitas fluoresensi Ag@SiO2 -8 nm@HPTS (hijau) dan sampel kontrol (merah) [25]

LSN yang Didoping QD

Karena efek kurungan kuantum, QD menunjukkan sifat pendaran yang sangat baik apakah itu QD semikonduktor, QD karbon, atau jenis lainnya. Baru-baru ini, banyak penelitian telah berfokus pada aplikasi QD dalam perangkat optik. Terkadang, propertinya tidak cukup baik untuk mengadaptasi aplikasi yang kompleks. Modifikasi yang diperlukan sangat penting dan silika adalah matriks yang sesuai [1].

Untuk mewujudkan kombinasi biolabel dan pencitraan resonansi magnetik, CdSe QDs dilapisi pada magnet Fe2 O3 inti oleh lapisan silika dengan NH2 kelompok. Gambar dan karakterisasi terkait ditunjukkan pada Gambar. 9. Gabungan NH2 kelompok dengan bio-anchored membrane (BAM), membran sel kanker payudara tikus 4 T1 menunjukkan pelabelan spesifik dengan BAM-SiO2 -CdSe MQD [44]. Dengan biokompatibilitas dan magnet, nanopartikel pendaran multifungsi akan mendapatkan aplikasi luas dalam kedokteran.

Foto-foto di bawah cahaya normal untuk membuktikan modifikasi magnetik (a , b ). c Foto di bawah sinar UV untuk membuktikan sifat magnetik dan pendaran. d Foto UV dari titik-titik kuantum magnetik hijau dan oranye (MQDs). e , f Spektrum pendaran SiO2 -MQD dalam solusi PBS (e untuk penyerapan dan f untuk emisi) [44]

Untuk memperluas aplikasi QD, perlu untuk memodifikasi kelarutan air dan non-toksisitasnya. Silica menunjukkan potensi besar dalam modifikasi QD. Yunfei Ma dkk. [43] memperkenalkan reagen transfer fase buatan sendiri (adenosin 5′-monofosfat, AMP) dan agen kopling silan (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPS) ke dalam sistem Stöber. Larut dalam minyak (awal CdSe/CdS/ZnS QDs), larut dalam alkohol (AMP-QDs), dan larut dalam air (hidrolisis TEOS di sekitar QDs) adalah keseluruhan kemajuan perubahan kelarutan. QD@SiO2 memiliki efisiensi fotoluminesensi yang sama (50-65%) seperti yang pertama. Rentang pH yang lebih luas (pH 4–8 hingga 2-13), peningkatan stabilitas elektrolit, stabilitas termal yang lebih baik, dan peningkatan biokompatibilitas dalam sel Hela adalah keunggulan QD@SiO2 .

Untuk memastikan stabilitas QD pada perangkat optik, perlu untuk mengurangi efek kedipan. Berkedip adalah fenomena dengan pendaran intermiten acak yang mempengaruhi stabilitas perangkat optik QD [62]. Untuk mengurangi efek berkedip, Botao Ji dkk. [45] menghasilkan CdSe/CdS QDs sebagai bahan inti dan mengenkapsulasi QDs ini ke dalam cangkang silika berdasarkan perpindahan ligan hidrofobik awal dengan metode mikroemulsi terbalik. Dan QDs selanjutnya dimodifikasi oleh lapisan Au pada permukaan silika dengan poli (1-vinylimidazole-co-vinyltrimethoxysilane) (PVIS) sebagai agen penghubung silan. Cangkang emas berukuran nano bertindak sebagai resonator plasmon yang memberikan peningkatan kepadatan optik pada QD. Properti QD dapat dipertahankan terlepas dari perubahan drastis di lingkungan lokal karena lapisan hybrid. Akibatnya, fotostabilitas QD meningkat. Masa pakai fluoresensi QD berkurang dari 123 menjadi 20 ns setelah dilapisi emas. QD emas menunjukkan emisi multieksiton yang efisien dan intensitas fotoluminesensi netralnya lebih tinggi daripada QD. Hasil uji stabilitas ditunjukkan pada Gambar 10. Terlebih lagi, intensitas fotoluminesensi dapat tetap stabil selama beberapa jam (bahkan 24 jam). Uji stabilitas pendaran menunjukkan bahwa pendaran QD telanjang akan menurun drastis setelah hanya 1 jam. Lapisan silika sedikit meningkatkan kinerja QD tetapi memberikan interval yang sesuai untuk lapisan Au berikutnya untuk menunjukkan efek peningkatan plasma.

a Skema titik kuantum/SiO2 /Au hybrid (QD emas) dan gambar TEM dari setiap tahap (CdSe/CdS QDs, QD/SiO2 QD/SiO2 /Aubiji dan QD emas). b Perubahan intensitas fotoluminesensi dengan waktu. Merah untuk CdSe/CdS, abu-abu untuk QD/SiO2 /Aubiji , dan oranye untuk QD emas. c Kurva peluruhan fotoluminesensi dari tiga nanopartikel dalam (b ) [45]

Metode Sintetis LSN

Untuk pembuatan LSN, pemilihan fosfor dan desain rute sintetis adalah konten inti. Fosfor menentukan rentang emisi LSN dan rute sintetis menetapkan struktur dan fungsinya. Semua rute sintetis LSN didasarkan pada silika. Metode sol-gel, metode mikroemulsi terbalik, dan metode asisten misel langsung adalah tiga pendekatan utama untuk mendapatkan bola silika yang homogen dan teratur yang telah digunakan dalam LSN. Gambar 11 adalah diagram skema dari metode yang disebutkan.

Ilustrasi shematic dari LSN yang berbeda dengan metode yang berbeda. a Untuk metode Stober. b Untuk metode mikroemulsi terbalik, c Untuk metode asisten misel langsung

Metode Sol-Gel

Metode sol-gel, juga disebut metode Stöber, adalah metode yang mudah dan layak untuk mendapatkan nanosfer silika monodispersi. Sangat ideal untuk mensintesis nanosfer silika karena Stöber [63] dengan cermat mempelajari sintesis bola silika dengan ukuran spesifik dalam kisaran 50 nm–2 μm dengan alkoxysilane yang dihidrolisis di bawah katalisis amonia. Bola silika homogen dengan ukuran berbeda (10 hingga beberapa ratus nanometer) dapat dengan mudah diperoleh dengan mengontrol kondisi sintesis seperti rasio etanol terhadap air, jumlah amonia, dan suhu melalui metode sol-gel. Menggunakan metode Stöber, Van Blaaderen dan A. Vrij Langmuir berhasil mensintesis dye (FITC)-doped silika dengan menambahkan (APS) dalam sistem reaksi [21]. Dengan gugus amina dari APS, bola silika menangkap FITC dengan mudah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11a. Sejauh ini, selain pewarna, banyak bahan lain telah dikaitkan dengan silika melalui metode Stöber. Luis M. Liz-Marzan dkk. meningkatkan metode Stöber dan mensintesis partikel inti-kulit emas-silika menggunakan (3-aminopropil)-trimethoxysilane (APTS) sebagai surfaktan [64]. Dikombinasikan dengan inti emas, APTES menyediakan jembatan ikatan kimia untuk enkapsulasi silika. Kondisi alkali menyebabkan silika bola homogen sebagai sistem Stöber populer dan hidrolisis katalis asam alkoxysilane juga merupakan metode yang layak untuk merangkum pewarna luminescent menjadi silika [65].

Jenis LSN baru telah disintesis berdasarkan metode Stöber. Lingang Yang dkk. [50] berhasil mensintesis kristal silika dengan metode Stöber berdasarkan -π susun kelompok vinil. Sebuah kemajuan Stöber dengan vinyltriethoxysilane (VTES) sebagai prekursor, netralisasi dengan asam klorida, distilasi vakum untuk menghilangkan pelarut, dan ekstraksi menggunakan tetrahydrofuran adalah seluruh prosedur organosilica nanocrystals (OSNCs). Tiga OSNC telah disintesis dengan struktur kristal yang sama tetapi dalam ukuran yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12d-f. Ukuran organosilica nanocrystals (OSNCs) secara bertahap meningkat karena peningkatan VTES. Akibatnya, mereka menunjukkan sifat luminescent yang berbeda seperti yang ditunjukkan untuk Gambar 12g, h (biru, hijau, dan merah di bawah sinar UV). OSNC dicirikan memiliki stabilitas foto dan stabilitas pH yang baik. Pertumbuhan epitaksial kelompok vinil dalam struktur kristal kubik berlian disajikan karena penumpukan -π. Gugus vinil bertumpuk yang teratur akhirnya membentuk sistem terkonjugasi besar dengan fluoresensi mengikuti kurungan kuantum. OSNCs ini memiliki potensi besar di bidang optik karena karakteristik silika yang memberikan pendekatan baru untuk mendapatkan bahan silika self-luminescence.

Karakterisasi OSNC:ac sebagai gambar TEM dan df sebagai gambar mikroskop elektron transmisi (HRTEM) resolusi tinggi. g Foto-foto sampel OSNC yang terkena iluminasi sinar UV. h Distribusi pada diagram kromatisitas Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) [50]

Metode Mikroemulsi Terbalik

Metode Stöber adalah metode yang sederhana dan nyaman untuk mensintesis LSN, tetapi kondisi reaksi dan partikel awal yang tidak dikontrol membatasi pewarna luminescent. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, Bagwe dan Khilar [66] memperkenalkan sistem mikroemulsi air dalam minyak [67] selama sintesis perak yang dilapisi dengan nanokomposit silika (Gbr. 11b). Larutan berair alkali awal nanopartikel perak dengan TEOS dienkapsulasi dalam tetesan air menggunakan surfaktan. Kemajuan hidrolisis TEOS sama dengan metode Stöber. Tapi seluruh kemajuan dibatasi menjadi tetesan air tertutup oleh surfaktan yang menyebabkan sistem yang terkontrol dengan baik dan nanopartikel silika monodispersi. Ukuran silika dikontrol dengan baik dengan memilih surfaktan yang berbeda, pelarut, dan mengubah rasio surfaktan terhadap air. Ketika fluorofor larut dalam air, mudah untuk membentuk lapisan silika homogen pada permukaan di dalam molekul dalam tetesan. Nianfang Wang dkk. [46] nanopartikel CdS/CdSe/CdS berlapis silika luminescent yang disintesis melalui metode mikroemulsi terbalik. Gambar 13 menunjukkan gambar TEM dari QD sintetis dan QDs@SiO2 . QD yang dilindungi menunjukkan stabilitas asam dan termal yang sangat baik. Ini memberikan kemungkinan untuk modifikasi lebih lanjut untuk memenuhi persyaratan khusus untuk aplikasi.

Gambar TEM dari QD inti/kulit CdSe/CdS dengan cangkang tipis CdS (a ) dan setelah dilapisi dengan silika CdSe/CdS@SiO2 (d ); CdSe/CdS core/shell QD dengan CdS shell (b ) dan setelah dilapisi dengan silika CdSe/CdS@SiO2 (e ); CdS/CdSe/CdS inti/shell QD (c ) dan setelah dilapisi dengan silika CdS/CdSe/CdS@SiO2 (f ) [46]

Direct Micelles Assistant Method

Reverse microemulsion method require the water-soluble luminescence dyes. Inversely, liposoluble initial micelles are the major features of direct micelle method, and the hydrolysis progress takes place around of the micelles (Fig. 11c). A precursor is indispensable for the agglomeration of silica. As a common progress, the luminescent dye is modified with the silane coupling agent, such as APS, to form the assistant micelles. The initial modified micelles ensure that the TEOS condensation occurs around them. Using Rhodamine B conjugated to APTES as the original micelle, Kumar et al. [26] successfully synthesized Rhodamine-conjugated organically modified silica nanoparticles in oil in water system and modified them with different function groups (such as sulfhydryl, amino, and carbonyl) which can be used as cell fluorescence probe.

The role of the surfactant is not only reflected in the silica synthesis but also in the synthesis of mesoporous silica. A common method of synthesizing mesoporous silica is calcination. Large specific surface area and modifiable surfaces make the mesoporous silica nanoparticles perfect carriers. In addition to the known application value in the field of medical drug loading, it also has important application prospects in the field of loading phosphors. Li Wang et al. [68] mixed up CDs with hollow mesoporous silica microspheres with good photochemical stability which can be used for oxygen detection in the whole range. Mesoporous structure makes them unique. Bin Xie et al. [69] incorporated the CdSe/ZnS core-shell QDs into mesoporous silica microspheres by a swelling and evaporation method. Coated with a mesoporous silica layer on the surface of Gd2 O3 :Eu phosphors via modified Stöber method is also feasible according to the Ali Aldalbahi et al. [70]. Because of the encapsulation of silica, the modified Gd2 O3 :Eu nanoparticles showed excellent solubility and biocompatibility.

Other Methods

There are also other methods to synthesize LSNs such as chemical vapor deposition (CVD) [71], hydrothermal method [51], and amino acid-catalyzed seed regrowth technique [72, 73].

Lianzhen Cao et al. [71] synthesized SiC/SiO2 by CVD and thermal annealing processes. Si was used to coat on the SiC core by thermal CVD and then SiO2 shell was obtained after oxidizing. The annealed SiC/SiO2 nanoparticles showed narrow luminescence in the blue-green region. The synthetic method provided a new way to synthesize core-shell nanomaterials.

Chandra et al. [51] synthesized smaller fluorescent silica nanoparticles (1 to 2 nm) with silicon tetrabromide (SiBr4 ) and APTS. Heating to 200 °C in an autoclave was the core step of the whole reaction. The final products were obtained after further purification including dialysis and centrifugation. The silica nanoparticles emitted bright blue luminescence with a photoluminescence quantum yield around 34%. It was non-photobleaching and biocompatible at the same time.

Surface modification makes the LSNs more tunable for complex application [74]. Silane coupling agents are the most common chemical methods as it mentions before. Abundant hydroxyl groups provide reaction sites for further modifications. Junqiang Wang et al. synthesized silica modified CeO2 ammonia sensor with high gas response due to hydroxyl groups [75]. After hydrolysis and condensation, silane coupling agents with different function groups bond on the surface of silica. Superhydrophobic silica was synthesized with the condensation of VTES (-CH=CH2 ) [76]. Ming Ma et al. grafted PEGMA and DMEAA on the surface by RAFT polymerization based on the -NH2 of APTS [77]. Surface modification can enhance their adaptability in complex environments and get improved luminescence properties with appropriate materials.

Among these methods, there are two main ideas to fabricate LSNs, namely the luminescent dyes are added directly into the reaction system when the silica resources start hydrolyzing, and that the luminescent dyes are established chemical bond with silica by other reagents such as silane coupling agents, either before or after silica network set up. It is necessary to select and design an appropriate synthetic route for LSNs with specific structures.

Applications of Luminescent Silica Nanoparticles

Light is the most intuitive tool for people to recognize the world. Luminescent materials with special emission can be directly used in many ways such as lighting, display, and so on. At the same time, changes in fluorescence intensity can reflect some important information. Compared with separate luminescent dyes, LSNs have improved performances in applications, since silica provides a stable matrix for the luminescent dye. It provides an effective way for multifunction at the same time [6]. LSNs with multifunction and tunable surface have great application prospects and development potential in biology, lighting, and sensors.

Biolabeling and Medicine

LSNs have great application value in biology. Non-toxicity is a fundamental requirement for medical field, especially in vivo [78]. The fact that the common luminescent dyes are often toxic limits their clinical application [79]. Silica, a favorite non-toxic modified material, is a good solution to elimination of toxicity. Toxicity of silica nanoparticles (20–200 nm) were also carefully studied by In-Yong Kim et al. [80]. Size, dose, and cell type-dependent cytotoxicity were the issues in their research. Although high dose can cause a disproportionate decrease in cell viability, the silica nanospheres with 60 nm showed their good biocompatibility up to 10 μg/ml. Different cells had different tolerance to silica nanoparticles which indicated that it was necessary to have substantial tests before clinical tests. Although inhalation of silica particles can cause acute and chronic diseases including silicosis [81], silica still has potential in biological application at the nanoscale. The toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells was studied in detail by Yuhui Jin et al. [38]. From the DNA level to the cell level, the toxicity of RuBpy-doped LSNs were carefully tested. At a certain concentration, the results showed that the dye-doped luminescent silica nanoparticles were non-toxic to the targeted DNA and cells, which indicate that LSNs are a good solution to the non-toxic modification. Xiqi Zhang et al. [27] encapsulated AIE dye (An18, derivatized from 9, 10-distyrylanthracene with an alkoxyl endgroup) into the silica nanoparticles via a one-pot modified Stöber method. Coated with silica lead to an enhanced fluorescence intensity, good water solubility, and non-toxicity to living cells which made the An18-SiO2 NPs had a potential for biomedical application.

LSNs have great application value in diagnosis and biolabeling. For hybrid imaging contrast agents, Dong Kee Yi et al. [48] combined magnetic particles (MPs) Fe2 O3 with QDs (CdSe) and encapsulated them in silica shell by reverse microemulsion method. The nanostructures of MPs with QDs are clearly showed in Fig. 14. Magnetic resonance imaging (MRI) is an effective method for disease detection, especially for cancer. The advantages of feasible usage, low cost, and accurate diagnosis make it more popular as a diagnostic tool [7]. The nanocomposites can be used as both optical and MRI contrast agents. It is worth mentioning that the presence of CdSe increased the effective magnetic anisotropy of the γ-Fe2 O3 -containg particles. This is a good attempt, but the low quantum yield (SiO2 /MP-QD 1.1% to CdSe 11.4%) limits the actual effect. Willam J. Rieter et al. [39] also synthesized the same multifunctional nanocomposites. What is different is that [Ru (bpy)3 ] Cl2 was chosen as the luminescent core and the paramagnetic Gd complex was coated on the luminescent core by water-in-oil reverse microemulsion method. The nanocomposites were finally embedded in silica in the same way. The results of Fig. 15 proved that hybrid silica nanoparticles had good optical and MRI performances in biological imaging. Mesoporous silica nanospheres doped with europium (Eu-MSN) were obtained by Mengchao Shi et al. [32]. Nanoscale size (280–300 nm) and fluorescent property were the basic for an ideal biolabeling material. They found that Eu-MSNs had a positive influence on osteogenesis and angiogenesis-induction. By promoting proper response of macrophages and the expression of relevant genes, the defect of bone replaced by new bone and the healing process of skin wound can accelerate with Eu-MSNs. Besides the function of biolabeling, the LSNs showed the potential in tissue repair. LSNs can achieve the target binding effect by modifying the special group. In Duarte’s work [33], organosilane Bpy-Si was chosen as a ligand of Eu complex for the further reaction with silica. SiO2 -[Eu (TTA)3 (Bpy-Si)] nanoparticles were obtained with a uniform size (28 ± 2 nm). With a further modification of an amino acid spacer and an anchor group (anti-Escherichia coli , IgG1), the functionalized silica had the specific bonding with E . coli bacteria. It was easy to get the distribution of E . coli bacteria with luminescence. The bio-multifunction of LSNs was also carefully studied by Laranjeira et al. [82]. Gadolinium (Gd) composites with unique magnetic properties have potential in MRI contrast agents but Gd3+ ions are toxic in humans especially in kidneys and pancreas. GdOHCO3 nanoparticles were chosen as the MRI contrast core and coated with silica layer via Stöber method. With the silica coating, the Gd composite (SiGdOHCO3 ) had the same brightness of MRI contrast images but no degradation at designed pH values (5.5, 6.0, and 7.4). And SiGdOHCO3 had little effect on human fibroblasts according to the cell proliferation assay which indicated an excellent biocompatibility. Silica provides a more stable environment and further possible modification for GdOHCO3 without affecting MRI performance. By diverse micelles method, Atabaev et al. [83] synthesized Gd2 O3 :Tb 3+ ,Eu 3+ @SiO2 nanoparticles which can be used as both MRI contrast and fluorescence agents in vivo. The above two examples perfectly reflected the role of LSNs in multifunction with the silica platform.

a Gambar TEM dan b HRTEM image of SiO2 /MP-QD nanoparticles [48]

The imaging results of monocyte cells with a optical microscopic, b laser scanning confocal fluorescence, c , d the images of monocyte cells with MR:left for unlabeled monocyte cells and right for hybrid silica nanoparticles labeled monocyte cells, e flow cytometric results of blank and hybrid silica nanoparticles-labeled monocyte cells, and f the cell viability with different amount of hybrid silica nanoparticles [39]

LSNs have great application value in drug delivery. Hongmin Chen synthesized luminescent mesoporous silica nanoparticles biofunctionalized by targeting motifs, which makes them applicable in drug delivery [47]. They first prepared APS-containing mesoporous silica particles, and subjected the products to calcination at 400 for 2 h. They synthesized mesoporous silica by the help of cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB). There were luminescent carbon dots in the silica matrix after calcination. The fluorescence intensity was at the maximum when the particles were excited at 380 nm. The target selectivity of FL-SiO2 was achieved by surface modification of RGD peptide with the help of APS. They also studied the RGD-FL-SiO2 loading and release of doxorubicin (Dox). After calcination, fluorescent mesoporous silica (FL-SiO2 ) can still load Dox effectively. The porous structure was not affected by calcination. They found that RGD-FL-SiO2 had good luminescent effect especially around the blood vessels of tumor in vivo imaging studies. Integral v 3 of the tumor was the key of the interactions. Although there are many excellent attempts to apply LSNs to medicine but less successful clinical tests in human beings means that there is still a long way to go for the real medicine applications.

Light-Emitting Devices

Due to their special emitting features, LSNs also play a vital role in light emission fields including the field emission- and liquid crystal-based display technologies [84]. WLEDs have received recent attention for their broad applications including general illumination and displays. Tunable color, high color purity, and luminescence efficiency are in line with the requirements of light-emitting diodes (LEDs) [85]. Quantum dot-based light-emitting diodes (QD-LEDs) have demonstrated recently, and may offer many advantages over conventional LED and organic light-emitting diodes (OLEDs) technologies in terms of color purity, stability, and production cost, while still achieving similar levels of efficiency. In order to improve the performances of polymer dots (Pdots) as WLED phosphors, Kaiwen Chang et al. [49] introduced some Pdots with different emission wavelength into the Stöber system to get encapsulated. The silica-encapsulated Pdots showed the same luminescence properties but markedly enhanced photostability.

To reduce the manufacturing complexity required for achieving full-color displays, it is more desirable to use a common device structure to achieve high efficiency for three primary colors (blue, green, and red). QDs have been widely used in display field because of its unique luminescent properties, such as high luminescent intensity, narrow emission spectra, and tunable emission. Chun Sun et al. [34] synthesized the perovskite QDs, CsPbBr3 , as the light-emitting core of WLEDS. Only the perovskite QDs are not enough for a LED device since photostability and stability are necessary for an optical device under long-time work and elevated temperature. There are anion-exchange reactions between different halide QD nanoparticles which would widen the narrow emission spectrum. QD/silica composite were fabricated in APS to avoid oxidation and decomposition. So they used APTES as the QDs’ capping agent and improved the silica coating process to avoid the decomposition of the QDs. Green and red QD/silica composites were synthesized and a WLED was obtained by the combination of the composites with a blue LED chip. The WLED had good performances with great air stability as depicted in Fig. 16.

The optical performances of the WLED:a the emission spectra, b the CIE color coordinates and the color triangle of WLED (red dashed line) with the NTSC TV standard (black dashed line), c the power efficiency, and d emission spectra after working for a while [34]

LSNs can keep good dispersion, brightness, and photostability of QDs. Hung-Chia Wang et al. [35] provided a new composite method for QDs and silica (Fig. 17). By mixing the QDs with mesoporous silica powder of which pore size was bigger than that of QDs in non-polar solution, mesoporous silica green PQD nanocomposite was obtained after washing and drying. The quantum dot showed better thermal stability and photostability after composited with silica. On the other hand, QDs are a typical kind of aggregation-caused quenching (ACQ) nanoparticles, which means that it is necessary to keep a good dispersion to get a good brightness and photostability. Kai Jiang et al. [86] synthesized carbon dots with red, green, and blue luminescence with phenylenediamines as precursors to enhance luminescence properties as solution and poly (vinylalcohol) (PVA) film. But it would exist quenching effect as solid-state CDs which was fatal for LED devices owing to aggregation and the result Förster resonance energy transfer (FRET). To avoid the dispersion and the resulting FRET phenomenon, Junli Wang et al. [36] embedded carbon dots into silica matrix (Fig. 18) by dispersing carbon dots into the N -(3-(trimethoxysilyl)propyl) ethylenediamine (KH-792) and heating to form a homogenous CD/silica film. A white LED was fabricated by drying the CD/silica solution on the inner wall. By the assistant of silica, CDs were well dispersed with an appropriate distance without quenching which improve the performance as powders. Figure 18 showed the emission spectra and performance in WLED. And the CIE coordinates (0.44, 0.42) and correlated color temperature (CCT) (2951 K) suggested that it was suitable for indoor illumination.

a The formation progress of MP-CsPbBr3PQDs. b The luminescence intensity and the color triangle of WLED [35]

The performance of WLED showed as a the emission spectrum and b for CIE chromaticity and CCT [36]

Sensors

Luminescent silica showed the excellent performances on static luminescent materials, such as biolabeling and WLED phosphors. All these were based on their unique and stable optical properties. When it came to dynamic luminescent materials, LSNs also display the same wonder [9]. The luminescent sensors of pH [28], ions [87], and temperature [40] are following as representatives.

pH value have great influence on the luminescence intensity which inspires luminescent pH sensor. In the same principle as ref. [22], Atabaev et al. synthesized the same ratiometric pH sensor [28]. FITC was chosen as the pH-dependent luminescence dye and Y2 O3 :Eu 3+ as pH stable dye. With the Stöber coating of silica, Y2 O3 :Eu 3+ @SiO2 with FITC composite NPs were successfully synthesized. The change of pH was reflected by the ratio of fluorescence intensity (I FITC /Aku Y2O3:Eu3+ ). The standard dye led to a less influence of concentration and a more accurate result.

LSNs can also be used as ions sensors. Based on the changes of luminescence intensity with the measured physical quantity, LSNs have been applied to many sensor fields by the environment-dependent effect of the luminescence. Quenching effect is an effective detective tool to detect the changes of quenching factors such as ions and pH value with external quenching mechanisms such as FRET and photoinduced electron-transfer (PET) [9]. Sensors for metal ions are important fields whether in cells or open system. Won Cho et al. [37] synthesized europium (III) coordination polymer (EuCP) and found the specific quenching effect of Cu 2+ (Fig. 19). In view of this fact, they synthesized silica@EuCP microsphere which have the same sensitivity on Cu 2+ with less mass of europium. As an auxiliary material, silica can effectively reduce the amount of sensor materials. Both of them have their unique situations. Besides quenching effect, there are some different effects which can be used in the fields of sensors. 2,2-Dipicolylamine (DPA) and its derivatives have good affinity to heavy ions. And enhanced luminescence effect would happen after chelated with heavy ions. Yu Ding et al. [29] modified silica spheres with N ,T ′-bis (pyridine-2-ylmethyl)ethane-1,2-diamine (Fig. 20). The concentration of heavy ions (Cd 2+ Hg 2+ and Pb 2+ ) in samples can be determined by the change of fluorescence intensity. The test in real water samples and simulated biological samples confirmed the heavy metal ions-binding ability and the detection which has application prospects in the water monitoring and so on.

a Confocal microscopy and OM (inset) images of silica@EuCP microspheres. b Luminescence spectra with different Cu (NO3 )2 in MeCN; luminescence intensity changes (c ) and photograph (d ) with different metal ion solutions (5 mM) [37]

The formation and sensing progress scheme of sensitive fluorescent sensor (FSCHP) [29]

Temperature sensors are also important applications of LSNs. Temperature is a basic variable in most science fields. The temperature dependence of radiative and non-radiative transition rates is the core content of temperature sensing which makes it possible for luminescence temperature sensing, with the contactless and large-scale advantages [9]. However, in order to be applied in practice, their stability is crucial as the environment of application is more complex than of that of experiment condition. Silica is an ideal matrix to improve their performance for application. Mirenda et al. [40] synthesized silica as the core and then TEOS was hydrolyzed with Ru (bpy)3 Kl2 to form the Ru (bpy)3 @SiO2 NP. The emission spectra of Ru (bpy)3 @SiO2 NPs (Fig. 21) showed that the intensity of Ru (bpy)3 @SiO2 NPs decreased linearly as the temperature rising as the result of the activated non-radiative 3 d-d state (20–60 °C, λexc  = 463 nm). The polyethyleneimine (PEI)-modified glass with Ru (bpy)3 @SiO2 NPs showed the same trend as the NPs which proved that the potential as the temperature sensing. With cycling the temperature between 20 and 60 °C, the relative slope decreased until the seventh cycle which meant that it is necessary to condition to obtain the stable sensing materials. The influence of temperature on probes is complicated. So it is necessary to research the temperature-dependent luminescence of the probes to know how to apply it into temperature sensors. Temperature is a fundamental variable that governs diverse intracellular chemical and physical interactions in the life cycle of biological cells. The change of temperature reflects the level of cell metabolism. GdVO4 co-doped with Er 3+ (1 mol%) and Yb 3+ (1 mol%) has the potential to apply as the temperature sensor. To improve their performance as temperature sensor, Savchuk et al. [41] coated silica shell on the nanoparticles surface by Stöber method. The fluorescence intensity ratio (FIR) of Er, Yb:GdVO4 , Aku 520 /Aku 550 , had a certain linear relationship with temperature in the range from 297 to 343 K after excitation at 980 nm. And the probes got enhanced thermal sensitivity, high thermal resolution and good stability in different solvents. And the result of the ex vivo experiment to monitor temperature evolution with the special sensor showed in Fig. 22 proved that Er, Yb:GdVO4 @SiO2 core-shell nanoparticles had a good thermal resolution as the temperature sensor in biomedical applications.

a PL spectra of Ru (bpy)3 @SiO2 under different temperature. b The peak intensity changes as a function of temperature [40]

a Aku 520 /Aku 550 with different temperature for Er, Yb:GdVO4 and Er, Yb:GdVO4 @SiO2 . b The sketch map for the ex vivo temperature determination experiment. c The results of the temporal evolution of temperature for the Er, Yb:GdVO4 @SiO2 and a thermoresistor Pt-100 [41]

Kesimpulan

In this article, LSNs with various functions demonstrate that silica is an ideal host material for luminescent dyes. The visualization of related parameters is the most special feature of luminescent dyes. Various luminescent materials have their own advantages but there are still some defects which limit their applications. Improved brightness, photostability, and thermal stability are the advantages of LSNs with the protection of silica. At the same time, it provides phosphors with a versatile platform which makes it possible to become multifunctional and specially modified. Excellent performance, adjustable adaptability, and potential versatility broaden the applications of fluorescent materials. LSNs have great potential in many unmentioned fields such as solar cells and photocatalysts. However, there is still a long way to apply LSNs to the actual species. Poor selectivity and low signal-to-noise ratio in complex conditions are factors that constrain LSNs for the practical applications which need to be further studied. Defined distances between phosphors and LSPR metal deserve more investigations to get the positive effect. Many new luminescent materials with excellent luminescence properties have been developed which means that it is necessary to improve the traditional synthetic methods to obtain LSNs. Silica is a traditional modified material but LSNs still have great potential for development.

Singkatan

ACQ:

Aggregation-caused quenching

AIEgen:

Aggregation-induced emission luminogens

AMP:

Adenosine 5′-monophosphate

An18:

An aggregation-induced emission-based organic fluorogen derivatized from 9,10-distyrylanthracene with alkoxyl endgroup

APS:

(3-Aminopropil)triethoxysilane

APTES:

3-Aminopropyltriethoxysilane

APTS:

(3-Aminopropyl)trimethoxysilane

B:

Blue

BAM:

Bio-anchored membrane

CCT:

Corresponding correlated color temperature

CDs:

Carbon dots

CDSP:

Carbon dot-silica- phosphor composite

CIE:

Commission Internationale de l’Eclairage

CLSM:

Confocal laser scanning microscope

CRI:

Color rendering index

CTAB:

Cetyltrimethyl ammonium bromide

CVD:

Deposisi uap kimia

DDT:

1-Dodecanethiol

Dox:

Doxorubicin

DPA:

2,2-Dipicolylamine

F127:

Poly (ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol)

FIR:

Fluorescence intensity ratio

FITC:

Fluorescein isothiocyanate

FL-SiO2 :

Fluorescent mesoporous silica

FRET:

Untuk meningkatkan transfer energi resonansi

FSCHP:

Sensitive fluorescent sensor

FSNP:

Fluorescent silica nanoparticle

G:

Green

H:

The ratio of water/TEOS

HPTS:

8-Hydroxypyrene-1,3,6-tresulfonic acid

HRTEM:

Mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi

IgG1:

Anti-Escherichia coli

KH-792:

N-(3-(trimethoxysiyl)propyl)ethylenediamine

LED:

Ligh-emitting diodes

LSN:

Luminescent silica nanoparticle

LSPR:

Local surface plasmon resonance

MPS:

3-Mercaptopropyltrimethoxysilane

Anggota Parlemen:

Magnetic particles

MQDs:

Magnetic quantum dots

MRI:

Pencitraan resonansi magnetik

MTT:

Methyl tetrazolium

NIR:

Inframerah dekat

NTSC:

National Television System Committee

OLED:

Dioda pemancar cahaya organik

OSNC:

Organosilica nanocrystal

OTES:

n-Octyltriethoxysilane

PBS:

Garam dengan buffer fosfat

Pdots:

Polymer dots

PEI:

Polyethyleneimine

PET:

Photoinduced electron transfer

PVA:

Poly (vinylalcohol)

PVIS:

Poly (1-vinylimidazole-co-vinyltrimethoxysilane)

QD655:

A kind of commercial quantum dots

QD-LEDs:

Quantum dot-based light-emitting diodes

QD:

Titik kuantum

R:

Red

R:

The ratio of water/surfactant

RBL-2H3:

Rat basophilic leukemia mast cells

SEM:

Pemindaian mikroskop elektron

TEM:

Mikroskop elektron transmisi

TEOS:

Tetraethoxysilane

TPETPAFN:

A typical fluorogen consisting of two tetraphenylethylene pendants and an intramolecular charge transfer core

TRITC:

Tetramethylrhodamine isothiocyanate

UC:

Konversi ke atas

UCNP:

Upconversion nanoparticles

UCNPs@SiO2@EuTP:

NaGdF4:Yb,Er@SiO2@Eu (TTA)3Phen

UV:

Ultraviolet

VTES:

Vinyltriethoxysilane

WLED:

White light-emitting diode


bahan nano

  1. Aplikasi Paduan Tungsten Dan Tungsten
  2. Klasifikasi Pewarna Berdasarkan Aplikasi
  3. Klasifikasi Dan Penerapan Serat Kaca
  4. Nanopartikel Emas Multifungsi untuk Aplikasi Diagnostik dan Terapi yang Lebih Baik:Tinjauan
  5. Persiapan nanopartikel mPEG-ICA bermuatan ICA dan aplikasinya dalam pengobatan kerusakan sel H9c2 yang diinduksi LPS
  6. Sintesis Biogenik, Karakterisasi dan Evaluasi Potensi Antibakteri Nanopartikel Tembaga Oksida Terhadap Escherichia coli
  7. Ulasan Aplikasi Biosensor dan Nanosensor di Agroekosistem
  8. Sintesis dan Sifat Optik dari Nanocrystals dan Nanorods Selenium Kecil
  9. Nanostructured Silica/Gold-Cellulose-Bonded Amino-POSS Hybrid Composite melalui Proses Sol-Gel dan Sifatnya
  10. Sintesis Mudah Komposit CuSCN Berwarna dan Konduktor Dilapisi Nanopartikel CuS