Red Zn2SiO4:Eu3+ and Mg2TiO4:Mn4+ nanophosphors for on-site rapid optical detections: Synthesis and characterization

Abstract

This study reports the synthesis and characterization of the red nanophosphors Zn 2 SiO 4 :Eu 3+ (ZSO:Eu 3+ ) and Mg 2 TiO 4 :Mn 4+ (MTO:Mn 4+ ). The use of phosphors as a fluorescence label for lateral flow immunochromatographic assay (LFIA) has also been described. The optimal photoluminescence (PL) for ZSO:Eu 3+ was obtained when it was synthesized with 7 mol% of Eu 3+ and annealed at 1100 °C for 1 h. Long fluorescence lifetime (1.01 ms), high activation energy E a (0.28 eV), and low PL degeneration (10% at 110 °C) are the characteristics of ZSO:Eu 3+ . MTO:Mn 4+ also exhibited high PL intensity along with a high E a of 0.32 eV. The emission wavelengths of phosphors are biocompatible with the optical bio-window of tissues. When human immunoglobulin G (human IgG) at a constant concentration of 100 μg/mL was used for detection, the PL ratios of the test line to the control line were 2.15 and 2.28 for the ZSO:Eu 3+ -and MTO:Mn 4+ -labeled LFIA, respectively. Thus, the ZSO:Eu 3+ and MTO:Mn 4+ nanophosphors are capable of human IgG recognition and are the promising candidates as fluorescent labels for on-site rapid optical biodetection.

Review of Mn-Doped Semiconductor Nanocrystals for Time-Resolved Luminescence Biosensing/Imaging

“…However, they were synthesized in a solvothermal process with high temperature and high pressure, and UV excitation (∼275 nm) was still required . Other types of afterglow materials are metal oxide materials or their fluoride counterparts doped with Mn 4+ , which can produce very strong luminescence (>60% QY) in addition to a long lifetime (>8 ms). − Nevertheless, these wide-band-gap hosts still require UV excitation, and synthesis procedures to produce these Mn 4+ -doped materials usually involve toxic materials (e.g., hydrofluoric acid), long processes, or very high temperatures . Similar to the previously mentioned oxides, these Mn 4+ -doped materials are usually synthesized in powder form, and further mechanical breakdown is required to mill these materials to nanoparticles, which again results in surface defects quenching the material luminescence and lifetime …”

Comparação entre métodos de síntese para obtenção do titanato de magnésio puro e contendo cromo trivalente

“…Shrestha (2013) e Ristić (2021) reportam que o material também possui características de um semicondutor, com um bandgap relativamente largo (~3,55 eV). Diversos autores relatam que a cerâmica também apresenta características relacionadas a biocompatibilidade (ou seja, seguro para aplicações na área biomédica) e estabilidades química, física e térmica (Ristić et al, 2021, Yang et al, 2021, Jara et al, 2021. Além disso, os reagentes de partida utilizados para a síntese do titanato de magnésio (MgO e TiO2) são ambientalmente amigáveis, de reduzida toxicidade e custo relativamente baixo, o que torna o material economicamente e ambientalmente seguro para diversas finalidades.…”

“…O grupo que apresenta o presente trabalho investigou fotoluminescência dessa cerâmica contendo Co 2+ como íon substitucional e verificou uma melhora nas propriedades fotoluminescentes do material, com o surgimento de uma banda larga na região do vermelhoinfravermelho, mais intensa que a banda medida com a amostra sem impurezas (Santana et al, 2022). O composto contendo Mn 4+ como íon ativador é reportado como um material de longo tempo de vida do estado fluorescente, com aplicações na área de biosensores (Yang et al, 2021), visualização de impressões digitais (Yang et al, 2019, Han et al, 2022 e iluminação para favorecer o crescimento de plantas (Wang et al, 2021). Ristić (2021) reporta as propriedades ópticas do composto contendo Cr 3+ para aplicações em termometria.…”