Dispositivo de bajo costo para la generación de imágenes hiperespectrales de upconversion y su aplicación en análisis por mapeo de superficies

ALCARAZ, MIRTA RAQUEL; PARRA-FLOREZ, LOREINY; SORBELLO, CECILIA; ETCHENIQUE, ROBERTO

Congreso; XI Congreso Argentino de Quimica Analítica; 2021

En la actualidad es posible encontrar una amplia diversidad de nanomateriales, con una gran variedad de estructuras,formas, tamaños y composiciones, que les confiere una completa compatibilidad con diferentes medios y sistemas,abarcando su aplicación desde los campos de la biología, cosmética, biomedicina, entre otros. Entre ellas, lasnanopartículas capaces de upconversion (UCNP) surgen como una excelente opción como sondas analíticas para elanálisis de superficie. Una de las características más notable de estas partículas es su capacidad de emitir radiaciónvisible bajo excitación NIR, exhibiendo un fuerte corrimiento anti-Stokes. La excitación NIR tiene 2 ventajasprincipales: 1) suprime prácticamente la totalidad de la auto fluorescencia que pudiese provenir de la matriz delsistema en estudio y 2) reduce drásticamente la luz dispersada, conllevando a un incremento en la relaciónseñal/ruido (SNR) de la medición microscópica o analítica.Las UCNPs conteniendo Er3+ y Tm3+ han sido utilizadas como sonda ratiométrica de pH o temperatura. En este sentido,la termometría de luminiscencia se considera una de las técnicas sin contacto más prometedora para la determinaciónde la temperatura a escala submicrométrica o nanométrica debido a sus muy altas resoluciones espaciales, térmicas ytemporales. El ion Er3+ es el lantánido más utilizado para fines de termometría de luminiscencia debido a que algunasde sus bandas de emisión son transiciones radiativas cuyos niveles energéticos están acoplados térmicamente y, portanto, la intensidad de emisión relativa de estas bandas muestra una fuerte dependencia con la temperatura.Por otro lado, la microscopia se presenta como una herramienta de gran potencial para análisis cualitativo ycuantitativo de superficies. Entre las técnicas microscópicas actuales, la microscopia hiperespectral ofrecesustancialmente mayor información que la microscopia tradicional, permitiendo la identificación y la clasificación demuestras a partir de su información espectral.1, 2 Con la microscopia hiperespectral es posible colectar espectroscompletos en cada posición espacial, lo que permite encontrar huellas espectrales en una muestra logrando laidentificación y diferenciación de diferentes áreas en un mismo espécimen. La obtención de un cubo hiperespectralimplica un barrido espacial del espécimen para el que se obtiene un espectro completo para cada posición x-y, esdecir, para cada pixel. La combinación de sensores termométricos basados en UCNP con microscopia hiperespectralpresenta un excelente potencial para estudios a escala micro o nanométrica, principalmente en aplicacionesbiomédicas, por ejemplo, el uso de UCNP como nanotermómetros en la detección de células cancerosas.En este trabajo se presenta un dispositivo de bajo costo para la generación de imágenes hiperespectrales deupconversion con posterior análisis quimiométrico de datos como prueba de concepto para aplicaciones como, porejemplo, nanotermometría. Este dispositivo registra el espectro completo de UC a cada punto x-y de una superficie,obteniendo un cubo hiperespectral de datos. En primer lugar, se evaluó la capacidad del dispositivo en obtenerimágenes microscópicas de una muestra compuesta por diferentes UCNP. Posteriormente, se obtuvieron cuboshiperespectrales que fueron analizados por MCR-ALS con el fin de extraer la información espectral y espacial delsistema en estudio. Los resultados demostraron que este dispositivo tiene un gran potencial para el estudio desistemas a escala micro/nanométrica, por diferenciación espectral de UCNP. Además, este dispositivo permite evaluarlos tiempos de decaimiento de luminiscencia para el espectro UC, es decir, permite la generación de matrices deemisión UC-tiempo de decaimiento en puntos específicos de la superficie, lo que aumenta su potencialidad en elanálisis integral de muestras superficiales.Posteriormente, se prevé, la utilización de este dispositivo para termometría de luminiscencia, permitiendo evaluardiferencias entre áreas de una superficie por sensado de temperatura.