Cientistas acabam de desenvolver uma nova geração de nanotermômetros luminescentes capazes de medir a temperatura em escala nanométrica. Baseados em MOFs (estruturas metal-orgânicas), eles são capazes de medir valores de temperatura, do criogênico ao ambiente, com uma precisão e sensibilidade sem precedentes.
Resultados, publicados no
JACS, que poderão encontrar aplicações em domínios tão variados como a biologia, a medicina, as nanotecnologias ou a ciência dos materiais.
Imagem de ilustração Unsplash Existe uma forte demanda por termômetros capazes de medir com muita precisão temperaturas em escala nanométrica e que se integrem facilmente nas amostras a medir. Em biomedicina, eles poderiam, por exemplo, permitir medir a temperatura no interior de células ou tecidos, abrindo caminho para diagnósticos mais precisos ou um melhor controlo das terapias por hipertermia. Em microelectrónica, poderiam ajudar a detetar pontos quentes em circuitos integrados, melhorando assim a fiabilidade dos dispositivos eletrónicos, para citar apenas estes dois exemplos.
Para realizar estas medições, materiais luminescentes à base de lantanídeos, estruturas metal-orgânicas (MOFs), capazes de emitir uma luz cuja intensidade ou cor varia em função da temperatura, são muito promissores como nanotermômetros. Até agora, estes sistemas necessitavam de concentrações elevadas de lantanídeos luminescentes, levando à desativação por efeito de concentração e limitando a sua sensibilidade.
Os novos termômetros propostos pelos cientistas do Centro de biofísica molecular (CNRS) e da Universidade Aristóteles de Salónica na Grécia, no âmbito de uma colaboração internacional, utilizam MOFs, materiais cristalinos constituídos por iões metálicos ligados entre si por ligandos orgânicos. Estas estruturas, conhecidas pela sua porosidade e grande modularidade, foram aqui concebidas para incorporar de forma controlada iões de lantanídeos luminescentes. Graças a esta abordagem inovadora, os cientistas conseguiram realizar nanotermômetros ratimétricos até 10 vezes menos concentrados em elementos luminescentes que os sistemas atuais, mantendo as suas propriedades óticas.
Estes MOFs funcionam numa ampla gama de temperaturas que vão desde as temperaturas criogénicas (entre 10 e 110 kelvins) até à temperatura ambiente (330 kelvins). Oferecem sensibilidades de deteção comparáveis aos valores mais elevados reportados na literatura.
Melhor ainda, enquanto a maioria dos nanotermômetros atuais são à base de európio e térbio, estes novos sistemas utilizam pela primeira vez a luminescência do samário ou do disprósio. A utilização destes novos elementos alarga as possibilidades de ajuste fino das propriedades luminosas dos materiais, permitindo adaptar melhor a sua resposta em função das necessidades específicas.
Finalmente, a possibilidade de controlar precisamente a taxa de dopagem dos diferentes lantanídeos permite ajustar finamente a cor da luminescência emitida por estes materiais. Este domínio poderá revelar-se precioso para aplicações em imagem térmica em escala nanométrica ou para a integração destes sensores em dispositivos complexos.
Redator: CCdM
Fonte: CNRS INC