Científicos acaban de desarrollar una nueva generación de nanotermómetros luminiscentes capaces de medir la temperatura a escala nanométrica. Basados en MOFs (estructuras metal-orgánicas), son capaces de medir valores de temperatura, desde criogénicos hasta ambiente, con una precisión y sensibilidad sin precedentes.
Unos resultados, publicados en el
JACS, que podrían encontrar aplicaciones en campos tan variados como la biología, la medicina, la nanotecnología o la ciencia de materiales.
Imagen de ilustración Unsplash Existe una gran demanda de termómetros capaces de medir con gran precisión temperaturas a escala nanométrica y que se integren fácilmente en las muestras a medir. En biomedicina, podrían por ejemplo permitir medir la temperatura dentro de las células o tejidos, abriendo el camino a diagnósticos más precisos o a un mejor control de las terapias por hipertermia. En microelectrónica, podrían ayudar a detectar puntos calientes en los circuitos integrados, mejorando así la fiabilidad de los dispositivos electrónicos, por citar solo estos dos ejemplos.
Para realizar estas medidas, los materiales luminiscentes a base de lantánidos, las estructuras metal-orgánicas (MOFs), capaces de emitir una luz cuya intensidad o color varía en función de la temperatura, son muy prometedores como nanotermómetros. Hasta ahora, estos sistemas requerían altas concentraciones de lantánidos luminiscentes, provocando desactivación por efecto de concentración y limitando su sensibilidad.
Los nuevos termómetros propuestos por científicos del Centro de biofísica molecular (CNRS) y de la Universidad Aristóteles de Tesalónica en Grecia, en el marco de una colaboración internacional, utilizan MOFs, materiales cristalinos constituidos por iones metálicos unidos entre sí por ligandos orgánicos. Estas estructuras, conocidas por su porosidad y gran modularidad, han sido aquí diseñadas para incorporar de forma controlada iones de lantánidos luminiscentes. Gracias a este enfoque innovador, los científicos han logrado realizar nanotermómetros ratiométricos hasta 10 veces menos concentrados en elementos luminiscentes que los sistemas actuales, manteniendo sus propiedades ópticas.
Estos MOFs funcionan en un amplio rango de temperaturas que va desde temperaturas criogénicas (entre 10 y 110 kelvins) hasta temperatura ambiente (330 kelvins). Ofrecen sensibilidades de detección comparables a los valores más altos reportados en la literatura.
Mejor aún, mientras que la mayoría de los nanotermómetros actuales se basan en europio y terbio, estos nuevos sistemas utilizan por primera vez la luminiscencia del samario o del disprosio. El uso de estos nuevos elementos amplía las posibilidades de ajuste fino de las propiedades luminosas de los materiales, permitiendo adaptar mejor su respuesta según las necesidades específicas.
Finalmente, la posibilidad de controlar con precisión la tasa de dopaje de los diferentes lantánidos permite ajustar finamente el color de la luminiscencia emitida por estos materiales. Este dominio podría resultar valioso para aplicaciones en imagen térmica a escala nanométrica o para la integración de estos sensores en dispositivos complejos.
Redactor: CCdM
Fuente: CNRS INC