DE102011010756A1 - Photostimulable particle systems, processes for their preparation and uses - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft stimulierbare, insbesondere photostimulierbare Partikelsysteme sowie deren Anwendung als lumineszierende Marker für die biologische und medizinische Diagnostik, als optisch detektierbare Diffusionssonde oder als Substrat zur Herstellung von Sicherheitssystemen, als Markierung zur Erkennung von Plagiaten und/oder Originalen.The invention relates to stimulable, especially photostimulable, particle systems and their use as luminescent markers for biological and medical diagnostics, as an optically detectable diffusion probe or as a substrate for the production of security systems, as a marker for recognizing plagiarism and / or originals.
Description
Die Erfindung betrifft stimulierbare, insbesondere photostimulierbare Partikelsysteme sowie deren Anwendung als lumineszierende Marker für die biologische und medizinische Diagnostik, als optisch detektierbare Diffusionssonde oder als Substrat zur Herstellung von Sicherheitssystemen, als Markierung zur Erkennung von Plagiaten und/oder Originalen.The invention relates to stimulable, in particular photostimulable particle systems and their use as luminescent markers for biological and medical diagnostics, as an optically detectable diffusion probe or as a substrate for the production of security systems, as a marker for the detection of plagiarism and / or originals.
Lumineszierende Nanopartikel (NP) besitzen aufgrund ihrer optischen Eigenschaften ein großes Anwendungspotential. Sie bieten eine Grundlage für zahlreiche analytische Methoden im Bereich Biologie und medizinischen Diagnostik oder werden zur Herstellung von Sicherheitssystemen für Erkennung von Plagiaten und/oder Originalen eingesetzt. Dabei stehen unterschiedliche Materialien zur Verfügung wie z. B. mit organischen Farbstoffen dotierte Partikelsysteme auf Basis von Polymeren oder oxidischen Materialien, Halbleiter-NP (Quantum Dots, QDs) oder NP auf Basis von anorganischen Leuchtstoffen dotiert mit Seltenerd-Ionen [
- • Die herkömmliche Materialien weisen materialbedingte Mängel auf: breite Emissionsspektren, geringe Stokes-Verschiebung und/oder eine begrenzte Photostabilität. Dies ist typisch für mit organischen Farbstoffen dotierte NP.
- • Einige Partikelsysteme wie z. B. QDs bestehen auf toxischen Materialien. Im Hinblick auf in vivo Anwendung ist selbst der zeitlich begrenzte Einsatz dieser Marker in lebenden Organismen höchst bedenklich.
- • Nur wenige Materialien besitzen Emission in dem biologischen „optischen Fenster” (650–1200 nm). Darüber hinaus zeigt oft das untersuchte System, wie z. B. in Fall von Untersuchungen an Zellgeweben, eine Autofluoreszenz, die sich mit dem Signal des Markers überlagert.
- • Viele der verwendeten Marker bei verhältnismäßig kurzen Wellenlängen angeregt werden und fluoreszieren, bei denen die Eindringtiefe des Lichts in das Gewebe gering ist.
- • In der Regel sind das anregende Licht und die Fluoreszenz zeitgleich wirksam. Das Signal wird durch Streulicht geschwächt.
- • Conventional materials have material-related defects: broad emission spectra, low Stokes shift, and / or limited photostability. This is typical of NPs doped with organic dyes.
- • Some particle systems, such as B. QDs insist on toxic materials. With regard to in vivo application, even the temporary use of these markers in living organisms is highly questionable.
- • Few materials have emission in the biological "optical window" (650-1200 nm). In addition, often the examined system, such. For example, in the case of studies on cell tissues, an autofluorescence superimposed on the signal of the marker.
- • Many of the markers used are excited and fluoresce at relatively short wavelengths, where the depth of penetration of the light into the tissue is low.
- • As a rule, the stimulating light and the fluorescence are effective at the same time. The signal is weakened by stray light.
Eine Lösung dabei könnte eine zeitliche Verzögerung der Lichtemission gegenüber der Anregung bieten. Dieses Phänomen kann bei phosphoreszierenden Materialien beobachtet werden. Bei phosphoreszierenden Materialien klingt die Fluoreszenz nach der Anregung langsam ab, manchmal über Stunden oder gar Tage. Erste bis zu einer Stunde phosphoreszierende Marker sind bereits entwickelt und erfolgreich an lebenden Mäusen getestet worden [D. Scherman, M. Bessodes, C. Chaneac, D. L. Gourier, J-P. Jolivet, Q. le Masne, S. Maitrejean, F. Pelle: Persistent luminescent nanoparticles used in the form of a diagnosis agent for in vivo optical imaging.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Materialien war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Nanopartikelsysteme bereitzustellen, die eine möglichst hohe Persistenz der gespeicherten Energie nach Aufladen derartiger Partikel ermöglicht. Zudem sollen die Partikelsysteme durch Beleuchten mit einem gezielten Lichtimpuls, der bevorzugt auch im infraroten Lichtbereich liegen kann, zur stimulierten Emission angeregt werden, so dass die ursprünglich gespeicherte Energie derartiger Partikel bei Bedarf gezielt abgerufen werden kann.Based on the known from the prior art materials, it was an object of the present invention to provide nanoparticle systems, which allows the highest possible persistence of stored energy after charging such particles. In addition, the particle systems should be stimulated by stimulating with a targeted light pulse, which may preferably also be in the infrared light range for stimulated emission, so that the originally stored energy of such particles can be selectively retrieved when needed.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Nanopartikels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich eines Nanopartikelsystems, das eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Partikel enthält, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11, bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Nanopartikelsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie bezüglich möglicher Verwendungszwecke derartiger Nanopartikelsysteme mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is related to the nanoparticle with the features of
Erfindungsgemäß wird ein Nanopartikel bereitgestellt, das durch Energiezufuhr in einen elektronisch aufgeladenen Zustand überführbar ist und mittels Stimulation durch elektromagnetische Strahlung zur Emission elektromagnetischer Strahlung veranlassbar ist.According to the invention, a nanoparticle is provided which can be converted into an electronically charged state by supplying energy and can be induced to emit electromagnetic radiation by means of stimulation by electromagnetic radiation.
Die erfindungsgemäßen Nanopartikel, insbesondere die weiter unten diskutierten vom Kern-Schale-Typ, zeichnen sich dadurch aus, dass sie nach Aufladung mit Licht einer Wellenlänge zwischen 100 und 800 nm, mit Röntgen- und/oder Elektronenstrahlen durch stimulierte Emission durch einen Lichtimpuls mit einer Wellenlänge zwischen 500 und 1600 nm Photonen mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 1300 nm emittieren. The nanoparticles according to the invention, in particular those of the core-shell type discussed below, are characterized in that, after being charged with light of a wavelength between 100 and 800 nm, with X-rays and / or electron beams by stimulated emission by a light pulse with a light pulse Wavelength between 500 and 1600 nm emit photons with a wavelength between 400 and 1300 nm.
Überraschenderweise wurde bei den erfindungsgemäßen Nanopartikeln, insbesondere denen vom Kern-Schale-Typ, gefunden, dass die Dauer des Lichtimpulses, der zur stimulierten Emission und zum Abrufen der im aufgeladenen Partikel gespeicherten Lichtenergie verwendet werden kann, sehr kurz sein kann, z. B. ca. 1 μs oder weniger (
Das Partikel zeichnet sich durch Energiespeicherung und somit das Ermöglichen einer zeitlichen Verschiebung zwischen Anregung (Aufladen) und Detektion, die für untergrundfreie Detektion notwendig sind. Dazu können die zu untersuchende Probe mit partikulären Markern, die durch eine Bestrahlung mit UV- oder blauem Licht, oder einem Röntgen-Impuls vor der Untersuchung aufgeladen wurden markiert werden. Eine nach Minuten oder sogar Stunden folgende Stimulation der Probe mit rotem oder infrarotem (IR) Licht wird eine Emission im sichtbaren oder nah-infrarotem Bereich, d. h. bei kürzeren Wellenlängen als die Wellenlängen des Anregungslichtes, hervorrufen. Dies ermöglicht Beobachtungen von Entwicklungs- und Transportprozessen in biologischen Objekten über einen längeren Zeitraum. Ein spezifischer Bereich kann mit dem fokussierten UV- oder blauen Licht oder Elektronenstrahl bestrahlt werden, und die aufgeladenen Marker können detektiert werden. Die photostimulierbaren Leuchtstoffe haben hier überzeugende Vorteile: die gesamte gespeicherte Energie (oder, wenn nötig, nur ein Teil davon) kann, zum gewünschten späteren Zeitpunkt, mit einem Infrarotimpuls abgerufen werden.The particle is characterized by energy storage and thus enabling a time shift between excitation (charge) and detection necessary for background-free detection. For this purpose, the sample to be examined can be marked with particulate markers which have been charged by irradiation with UV or blue light, or an X-ray pulse before the examination. Subsequent minutes or even hours following stimulation of the sample with red or infrared (IR) light will result in emission in the visible or near-infrared region, i.e., in the background. H. at shorter wavelengths than the wavelengths of the excitation light. This allows observations of development and transport processes in biological objects over a longer period of time. A specific area can be irradiated with the focused UV or blue light or electron beam, and the charged markers can be detected. The photostimulable phosphors have convincing advantages here: the entire stored energy (or, if necessary, only part of it) can be retrieved with an infrared pulse at the desired later point in time.
Dadurch werden Anwendungen ermöglicht, bei denen die Detektion von markierten Objekten zeitlich versetzt zur optischen Anregung erfolgt, mit dem Ziel eine untergrundfreie bzw. streulichtfreie Detektion zu ermöglichen.As a result, applications are made possible in which the detection of marked objects takes place offset in time from the optical excitation, with the aim of enabling background-free or stray-light-free detection.
Trennung von Ladungsträgern und deren Lokalisation („trapping”) sind für die Phosphoreszenz und photostimulierte Lumineszenz (PSL) notwendig. In Nanokristallen (NK) kann allerdings die gewünschte Stabilität von gefangenen Elektronen/Löchern zu einem Problem werden, wenn nämlich wegen der kleinen Abstände zwischen den Fallen die Rekombination durch ein „Tunneln” möglich wird. Einen Hinweis auf die Möglichkeit der Ladungstrennung und Trapping liefert das so genannte „blinking” von NKs: bei einer konstanten Anregung geht die Lumineszenz von einigen NK verloren, nach einiger Zeit entsteht sie wieder. Es ist bekannt, dass das Aufladen von NKs für die Unterbrechungen der Lumineszenz verantwortlich ist. Während optischer Anregung entstehen in NKs Elektron-Loch-Paare, deren Rekombination zur Lichtemission führt. Es ist allerdings möglich, dass einer der beiden Ladungsträger den NK verlässt. Der andere Ladungsträger im Inneren des NKs verhindert die strahlende Rekombination der nächsten e–h Paare durch Auger-Relaxation. Messungen mit elektrostatischem Kraft-Mikroskop zeigten, dass in CdSe das Elektron das Partikel verlässt und das Loch zurück bleibt. Das Partikel ist wieder emissionsfähig sobald das Elektron zurückkehrt. Die „an” und „aus”-Zustände von NK können von einigen Mikrosekunden bis zu Minuten dauern. Die Natur der Fallen ist unklar. Man vermutet die Lokalisation auf der Partikeloberfläche bzw. auf der Grenzfläche zwischen dem Kern und der Schale, in den angekoppelten Liganden oder in der umgebenden Matrix. Die Erscheinung des Blinkings bestätigt also die Möglichkeit der Speicherung von Elektronen und Löchern auf den Nanoskala.Separation of charge carriers and their localization ("trapping") are necessary for phosphorescence and photostimulated luminescence (PSL). In nanocrystals (NK), however, the desired stability of trapped electrons / holes can be a problem, because, because of the small distances between the traps, the recombination is possible by a "tunneling". The so-called "blinking" of NKs provides an indication of the possibility of charge separation and trapping: with a constant excitation, the luminescence of some NKs is lost, and after some time, it is formed again. It is known that the charging of NKs is responsible for the interruptions of the luminescence. During optical excitation, NKs form electron-hole pairs whose recombination leads to light emission. However, it is possible that one of the two charge carriers leaves the NK. The other charge carrier inside the NK prevents the radiative recombination of the next e-h pairs by Auger relaxation. Measurements with electrostatic force microscopy showed that in CdSe the electron leaves the particle and the hole remains. The particle is again emissive as soon as the electron returns. The "on" and "off" states of NK can take from a few microseconds to minutes. The nature of the traps is unclear. The localization on the particle surface or on the interface between the core and the shell, in the coupled ligands or in the surrounding matrix is suspected. The appearance of the blinking thus confirms the possibility of storing electrons and holes on the nanoscale.
Die räumliche Trennung von Ladungsträgern kann durch die Verwendung von zweikomponentigen Halbleitersystemen verbessert werden. Solche gekoppelten NKs oder Kern/Schale-Teilchen wurden für verschiedene Zwecke einschließlich Solarzellen und Photokatalysatoren konzipiert. Die generierten Elektronen werden in dem Halbleiter akkumuliert, wo das Leitungsband tiefer liegt, die Löcher werden im Valenzband des anderen Halbleiters gefangen. Beispiele für solche Systeme sind TiO2-CdS, ZnO-CdS und SnO2-CdSe, CdS-AgI, Cd3P2-TiO2, Cd3P2-ZnO, AgI-Ag2S, ZnO-ZnS und ZnSe(Kern)/CdSe(Schale). Dieses Designprinzip kann auch für die Verschiebung des Emissionsspektrums zu niedrigeren Energien benutzt werden, bei welchen die ungewünschte Streuung der Lumineszenz in biologischen Proben reduziert wird.The spatial separation of charge carriers can be improved by the use of two-component semiconductor systems. Such coupled NKs or core / shell particles have been designed for a variety of purposes including solar cells and photocatalysts. The generated electrons are accumulated in the semiconductor where the conduction band is deeper, the holes are trapped in the valence band of the other semiconductor. Examples of such systems are TiO2-CdS, ZnO-CdS and SnO2-CdSe, CdS-AgI, Cd3P2-TiO2, Cd3P2-ZnO, AgI-Ag2S, ZnO-ZnS and ZnSe (core) / CdSe (shell). This design principle can also be used for the shift of the emission spectrum to lower energies, which reduces the unwanted scattering of luminescence in biological samples.
Insgesamt erscheint die getrennte Speicherung von Elektronen/Löchern auch auf der Nanoskala machbar. Bei den anvisierten Nanomarkern wird es darum gehen, diese gespeicherten Ladungsträger thermisch oder optisch (PSL) zur strahlenden Rekombination zu bringen. Overall, the separate storage of electrons / holes on the nanoscale seems feasible. The targeted nanomarkers will be concerned with bringing these stored charge carriers to radiative recombination thermally or optically (PSL).
Die als ein Beispiel hier betrachteten Nanopartikel Zn2SiO4:Mn2+ besitzen offensichtlich intrinsische Fallen, welche Ladungsträger bei Raumtemperatur speichern können. Die Fallen können mit UV-Licht aufgeladen und mit rotem Licht wieder geleert werden. Dabei entsteht die grüne Emission von Mn2+. Das Aufladespektrum zeigte ein Maximum um 260 nm, was entspricht einem elektronischen Übergang vom Grundzustand des Mn2+-Ions zum Leitungsband (Photoionisation).The nanoparticles Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ , considered as an example here, obviously have intrinsic traps, which can store charge carriers at room temperature. The traps can be charged with UV light and emptied with red light. This produces the green emission of Mn 2+ . The charge spectrum showed a maximum around 260 nm, which corresponds to an electronic transition from the ground state of the Mn 2+ ion to the conduction band (photoionization).
Insbesondere ist es dabei bevorzugt, wenn die Halbwertszeit t1/2 des spontanen Zerfalls des aufgeladenen Zustands mindestens 1 Sekunde, bevorzugt mindestens 1 Minute, besonders bevorzugt mindestens 30 Minuten, beträgt.In particular, it is preferred if the half-life t 1/2 of the spontaneous decay of the charged state is at least 1 second, preferably at least 1 minute, particularly preferably at least 30 minutes.
Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Überführung in den elektronisch aufgeladenen Zustand mittels elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt durch elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 100 bis 800 nm, insbesondere UV-Strahlung, und/oder durch Röntgenstrahlung und/oder durch Elektronenstrahlen erfolgt.Preferred embodiments provide that the conversion into the electronically charged state takes place by means of electromagnetic radiation, preferably by electromagnetic radiation having a wavelength of between 100 and 800 nm, in particular UV radiation, and / or by X-radiation and / or by electron beams.
Die zur Stimulierung der Emission verwendete Strahlung kann eine Wellenlänge zwischen 200 bis 2000 nm, bevorzugt zwischen 400 bis 1600 nm, aufweisen.The radiation used to stimulate the emission may have a wavelength between 200 to 2000 nm, preferably between 400 to 1600 nm.
Die Wellenlänge der Emission liegt bevorzugt zwischen 200 bis 4000 nm, bevorzugt 400 bis 1600 nm.The wavelength of the emission is preferably between 200 to 4000 nm, preferably 400 to 1600 nm.
Bevorzugte Partikelgrößen liegen dabei zwischen 2 bis 1000 nm. Weiter ist bevorzugt, wenn das Nanopartikel als Kern-Schalen-Nanopartikel vorliegt. Ebenso ist jedoch die Möglichkeit gegeben, dass das Nanopartikel als „Vollpartikel” ausgebildet ist.Preferred particle sizes are between 2 to 1000 nm. It is further preferred if the nanoparticle is present as a core-shell nanoparticle. Likewise, however, there is the possibility that the nanoparticle is designed as a "full particle".
Bevorzugt wird somit ein stimulierbares Nanopartikel bereitgestellt, das durch Licht einer Wellenlänge zwischen 100 und 800 nm und/oder mit Röntgen- oder Elektronenstrahlen in einen elektronisch aufgeladenen Zustand überführbar ist, und durch einen Lichtimpuls mit einer Wellenlänge von Photonen zwischen 500 und 1600 nm zur Emission von Licht einer Wellenlänge zwischen 400 und 1300 nm angeregt werden kann.Thus, a stimulable nanoparticle is preferably provided which can be converted into an electronically charged state by light having a wavelength between 100 and 800 nm and / or with X-rays or electron beams, and by a light pulse having a wavelength of photons between 500 and 1600 nm for emission of light of a wavelength between 400 and 1300 nm can be excited.
Erfindungsgemäß wird weiter ein stimulierbares Nanopartikel bereitgestellt,
- a) das einen amorphen Kern aus Silica oder aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silica, Silicaten, Vanadaten, Wolframaten, Phosphaten, Oxiden, Sulfiden, Sulfaten, Aluminaten und/oder Halogeniden, wie z. B. Fluorobromiden, eines ersten Hauptgruppen-, Übergangs- oder Lanthanidmetalls,
- b) eine auf dem amorphen Kern aufgebrachte stimulierbare Schale, enthaltend mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silica, Silicaten, Vanadaten, Wolframaten, Phosphaten, Oxiden, Sulfiden, Sulfaten, Aluminaten und/oder Halogeniden, wie z. B. Fluorobromiden, eines ersten Hauptgruppen-, Übergangs- oder Lanthanidmetalls, die mit Übergangsmetall- oder Lanthanidmetall-Ionen mindestens einer zweiten, vom ersten Hauptgruppenmetall, Übergangsmetall oder Lanthanidmetall verschiedenen Sorte eines Übergangsmetalls oder Lanthanidmetalls dotiert sind, umfasst, wobei
- a) the one amorphous core of silica or a compound selected from the group consisting of silica, silicates, vanadates, tungstates, phosphates, oxides, sulfides, sulfates, aluminates and / or halides, such as. Fluorobromides, a first main group, transition or lanthanide metal,
- b) an applied on the amorphous core stimulable shell containing at least one compound selected from the group consisting of silica, silicates, vanadates, tungstates, phosphates, oxides, sulfides, sulfates, aluminates and / or halides, such as. Fluorobromides, a first main group, transition or lanthanide metal doped with transition metal or lanthanide metal ions of at least one second grade of a transition metal or lanthanide metal other than the first main group metal, transition metal or lanthanide metal
Die oben erwähnte Verbindung kann dabei Hauptgruppen-, Übergangs- oder Lanthanidmetalle sämtlicher Gruppen des Periodensystems der Elemente beinhalten. Zu den Verbindungen eines ersten Hauptgruppenmetalls sind somit u. a. auch Ca- und Sr-Verbindungen zu zählen.The above-mentioned compound may include main group, transition or lanthanide metals of all the groups of the Periodic Table of the Elements. The compounds of a first main group metal are thus u. a. also to count Ca and Sr compounds.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die zweite, zur Dotierung verwendete Sorte Übergangsmetall- oder Lanthanidmetall-Ionen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pb2+, Mn2+, Cu+, Dy3+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Tb3+, La3+, Ce3+, Pr3+, Nd3+, Gd3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+, Lu3+ und/oder Kombinationen hieraus.A preferred embodiment provides that the second grade of transition metal or lanthanide metal ions used for the doping is selected from the group consisting of Pb 2+ , Mn 2+ , Cu + , Dy 3+ , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Tb 3+ , La 3+ , Ce 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Gd 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , Lu 3+ and / or Combinations of this.
Bevorzugt ist ebenso, wenn die den Kern bildende Verbindung und/oder in der Schale enthaltene oder die Schale bildende Verbindung unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MgSiO3, Zn2SiO4, ZnMgSi2O6, CaMgSi2O6, Sr2MgSiO7, SrAl2O4, CaAl2O4, YVO4, GdVO4, NaGd(WO4)2, CaWO4, Y2O3, LaPO4, ZnS, CaS, BaFBr und/oder Kombinationen hieraus.It is also preferred if the compound forming the core and / or the shell-forming or shell-forming compound is independently selected from the group consisting of MgSiO 3 , Zn 2 SiO 4 , ZnMgSi 2 O 6 , CaMgSi 2 O 6 , Sr 2 MgSiO 7 , SrAl 2 O 4 , CaAl 2 O 4 , YVO 4 , GdVO 4 , NaGd (WO 4 ) 2 , CaWO 4 , Y 2 O 3 , LaPO 4 , ZnS, CaS, BaFBr and / or combinations thereof.
Insbesondere eignen sich die folgenden dotierten Materialien als Bestandteil des Kerns und/oder der Schale oder als Gesamtmaterial des Kerns und/oder der Schale:
Zn2SiO4:Mn2+, YVO4:Dy3+/Sm3+, NaGd(WO4)2:Eu3+, NaGd(WO4)2:Eu3+, CaWO4:Eu3+/Tb3+, YVO4:Eu3+, Y2O3:Eu3+, GdVO4:Eu3+, CaPO4:Ce3+/Tb3+, ZnS:Cu1+/Pb2+, CaS:Eu2+/Sm3+, BaFBr:Eu2+, ZnMgSi2O6, CaMgSi2O6 und MgSiO3, wobei die letzten drei genannten Silicate mit Mangan, Europium oder Dysprosiumionen dotiert sind sowie Sr2MgSi2O7, das mit Europium- und/oder Dysprosiumionen dotiert ist, sowie das Silicat Ca0,2Zn0,9Mg0,9Si2O6, das mit Eu2+, Dy3+ und/oder Mn2+ dotiert ist. In particular, the following doped materials are suitable as a constituent of the core and / or the shell or as the total material of the core and / or the shell:
Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ , YVO 4 : Dy 3+ / Sm 3+ , NaGd (WO 4 ) 2 : Eu 3+ , NaGd (WO 4 ) 2 : Eu 3+ , CaWO 4 : Eu 3+ / Tb 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , Y 2 O 3 : Eu 3+ , GdVO 4 : Eu 3+ , CaPO 4 : Ce 3+ / Tb 3+ , ZnS: Cu 1+ / Pb 2+ , CaS: Eu 2+ / Sm 3+ , BaFBr: Eu 2+ , ZnMgSi 2 O 6 , CaMgSi 2 O 6 and MgSiO 3 , wherein the last three mentioned silicates are doped with manganese, europium or dysprosium ions and Sr 2 MgSi 2 O 7 , which is doped with Europium and / or dysprosium ions, as well as the silicate Ca 0.2 Zn 0.9 Mg 0.9 Si 2 O 6 , which is doped with Eu 2+ , Dy 3+ and / or Mn 2+ .
Weitere Beispiele sind:
CaS:Ln (mit Ln, Ce, Sm, Eu),
Silikate Zn2SiO4 dotiert mit Mn2+ oder Ln1, Ln2 (mit Ln(1,2): Ce3+, Eu3+, Tb3+, Sm3+, als Alternative Y2SiO5: Eu3+, Ce3+ Tb3+
Aluminate (Sr,Ca)Al2O4:Ln (mit Ln: Ce3+, Pr3+, Nd3+, Eu2+/Eu3+, Tb3+, Dy3+, Er3+)
ZnS :Cu,Pb und unterschiedliche Calciumphosphate.Further examples are:
CaS: Ln (with Ln, Ce, Sm, Eu),
Silicates Zn 2 SiO 4 doped with Mn 2+ or
Aluminates (Sr, Ca) Al 2 O 4 : Ln (with Ln: Ce 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Eu 2+ / Eu 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Er 3+ )
ZnS: Cu, Pb and different calcium phosphates.
Spezifische Beispiele lumineszierender Materialien, die für Kern und/oder Schale in Frage kommen, sind z. B.: (sehr hygroskopisch); CsJ:Tl; CsJ:Na; LiF:Mg; LiF:Mg,Ti; LiF:Mg,Na; KMgF3:Mn; BaFCl:Eu; BaFCl:Sm; BaFBr:Eu; BaFCl0,5Br0,5:Sm; BaY2F8:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); BaSi2O5:Pb; BaMg2Al16027:Eu; BaMgAl14O23:Eu; BaMgAl10O17:Eu; BaMgAl2O3:Eu; Ba2P2O7:Ti; (Ba,Zn,Mg)3Si2O7:Pb; Ce(Mg,Ba)Al11O19; Ce0,65Tb0,35MgAl11O19:Ce,Tb; MgAl11O19:Ce,Tb; MgF2:Mn; MgS:Eu; MgS:Ce; MgS:Sm; MgS:(Sm,Ce); (Mg,Ca)S:Eu; MgSiO3:Mn; 3,5MgO × 0,5MgF2 × GeO2:Mn; MgWO4:Sm; MgWO4:Pb; 6MgO × As2O5:Mn; (Zn,Mg)F2:Mn; (Zn4Be)SO4:Mn; Zn2SiO4:Mn; Zn2SiO4:Mn,As; Zn3(PO4)2:Mn; CdBO4:Mn; CaF2:Mn; CaF2:Dy; CaS:A (A = Lanthanid, Bi); (Ca,Sr)S:Bi; CaWO4:Pb; CaWO4:Sm; CaSO4:A (A = Mn, Lanthanid); 3Ca3(PO4)2 × Ca(F,Cl)2:Sb,Mn; CaSiO3:Mn,Pb; Ca2Al2Si2O7:Ce; (Ca,Mg)SiO3:Ce; (Ca,Mg)SiO3:Ti; 2SrO × 6(B2O3) × SrF2:Eu; 3Sr3(PO4)2 × CaCl2:Eu; A3(PO4)2 × ACl2:Eu (A = Sr, Ca, Ba); (Sr,Mg)2P2O7:Eu; (Sr,Mg)3(PO4)2Sn; SrS:Ce; SrS:Sm,Ce; SrS:Sm; SrS:Eu; SrS:Eu,Sm; SrS:Cu,Ag; Sr2P2O7:Sn; Sr2P2O7:Eu; Sr4Al14O25:Eu; SrGa2S4:A (A = Lanthanid, Pb); SrGa2S4:Pb; Sr3Gd2Si6O18:Pb,Mn; YF3:Yb,Er; YF3:Ln (Ln = Lanthanid); YLiF4:Ln (Ln = Lanthanid); Y3Al5O12:Ln (Ln = Lanthanid); YAI3(BO4)3Nd,Yb; (Y,Ga)BO3:Eu; (Y,Gd)BO3:Eu; Y2Al3Ga2O12:Tb; Y2SiO5:Ln (Ln = Lanthanid); Y2O2S:Ln (Ln = Lanthanid); YVO4A (A = Lanthanid, In); Y(P,V)O4:Eu; YTaO4:Nb; YAIO3:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); YOCl:Yb,Er; LnPO4:Ce,Tb (Ln = Lanthanid oder Mischung von Lanthaniden); LuVO4:Eu; GdVO4:Eu; Gd2O2S:Tb; GdMgB5O10:Ce,Tb; LaOBr:Tb; La2O2S:Tb; LaF3:Nd,Ce; BaYb2F8:Eu; NaYF4:Yb,Er; NaGdF4:Yb,Er; NaLaF4:Yb,Er; LaF3:Yb,Er,Tm; BaYF5:Yb,Er; GaN:A (A = Pr, Eu, Er, Tm); Bi4Ge3O12; LiNbO3:Nd,Yb; LiNbO3:Er; LiCaAlF6:Ce; LiSrAlF6:Ce; LiLuF4:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); Li2B4O7:Mn; Y2O2Eu; Y2SiO5:Eu; CaSiO3:Ln, worin Ln = 1, 2 oder mehr Lanthaniden.
MIX:xBi mit M1 = Rb und X = Cl, Br und/oder I
RbX: xTl mit X = Br und/oder Cl und/oder I
YOX: zA mit X = Cl und/oder Br, und A = Ce oder TbSpecific examples of luminescent materials that are suitable for core and / or shell are, for. B .: (very hygroscopic); CsI: Tl; CsI: Na; LiF: Mg; LiF: Mg, Ti; LiF: Mg, Na; KMgF 3 : Mn; BaFCl: Eu; BaFCl: Sm; BaFBr: Eu; BaFCl 0.5 Br 0.5 : Sm; BaY 2 F 8 : A (A = Pr, Tm, Er, Ce); BaSi 2 O 5 : Pb; BaMg 2 Al 16 0 27 : Eu; BaMgAl 14 O 23 : Eu; BaMgAl 10 O 17 : Eu; BaMgAl 2 O 3 : Eu; Ba 2 P 2 O 7 : Ti; (Ba, Zn, Mg) 3 Si 2 O 7: Pb; Ce (Mg, Ba) Al 11 O 19 ; Ce 0.65 Tb 0.35 MgAl 11 O 19 : Ce, Tb; MgAl 11 O 19 : Ce, Tb; MgF 2 : Mn; MgS: Eu; MgS: Ce; MgS: Sm; MgS: (Sm, Ce); (Mg, Ca) S: Eu; MgSiO 3 : Mn; 3.5MgO x 0.5MgF 2 x GeO 2 : Mn; MgWO 4 : Sm; MgWO 4 : Pb; 6MgO × As 2 O 5 : Mn; (Zn, Mg) F 2 : Mn; (Zn 4 Be) SO 4 : Mn; Zn 2 SiO 4 : Mn; Zn 2 SiO 4 : Mn, As; Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn; CdBO 4 : Mn; CaF 2 : Mn; CaF 2 : Dy; CaS: A (A = lanthanide, Bi); (Ca, Sr) S Bi; CaWO 4 : Pb; CaWO 4 : Sm; CaSO 4 : A (A = Mn, lanthanide); 3Ca 3 (PO 4 ) 2 x Ca (F, Cl) 2 : Sb, Mn; CaSiO 3 : Mn, Pb; Ca 2 Al 2 Si 2 O 7 : Ce; (Ca, Mg) SiO 3 : Ce; (Ca, Mg) SiO 3 : Ti; 2SrO x 6 (B 2 O 3 ) x SrF 2 : Eu; 3Sr 3 (PO 4 ) 2 x CaCl 2 : Eu; A 3 (PO 4 ) 2 × ACl 2 : Eu (A = Sr, Ca, Ba); (Sr, Mg) 2 P 2 O 7 : Eu; (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 Sn; SrS: Ce; SrS: Sm, Ce; SrS: Sm; SrS: Eu; SrS: Eu, Sm; SrS: Cu, Ag; Sr 2 P 2 O 7 : Sn; Sr 2 P 2 O 7 : Eu; Sr 4 Al 14 O 25 : Eu; SrGa 2 S 4 : A (A = lanthanide, Pb); SrGa 2 S 4 : Pb; Sr 3 Gd 2 Si 6 O 18 : Pb, Mn; YF 3 : Yb, He; YF 3 : Ln (Ln = lanthanide); YLiF 4 : Ln (Ln = lanthanide); Y 3 Al 5 O 12 : Ln (Ln = lanthanide); YAI 3 (BO 4 ) 3 Nd, Yb; (Y, Ga) BO 3: Eu; (Y, Gd) BO 3 : Eu; Y 2 Al 3 Ga 2 O 12 : Tb; Y 2 SiO 5 : Ln (Ln = lanthanide); Y 2 O 2 S: Ln (Ln = lanthanide); YVO 4 A (A = lanthanide, In); Y (P, V) O 4 : Eu; YTaO 4 : Nb; YAlO 3: A (A = Pr, Tm, Er, Ce); YOCl: Yb, Er; LnPO 4 : Ce, Tb (Ln = lanthanide or mixture of lanthanides); LuVO 4 : Eu; GdVO 4 : Eu; Gd 2 O 2 S: Tb; GdMgB 5 O 10 : Ce, Tb; LaOBr: Tb; La 2 O 2 S: Tb; LaF 3 : Nd, Ce; BaYb 2 F 8 : Eu; NaYF 4 : Yb, He; NaGdF 4 : Yb, He; NaLaF 4 : Yb, Er; LaF 3 : Yb, Er, Tm; BaYF 5 : Yb, He; GaN: A (A = Pr, Eu, Er, Tm); Bi 4 Ge 3 O 12 ; LiNbO 3: Nd, Yb; LiNbO 3 : He; LiCaAlF 6 : Ce; LiSrAlF 6 : Ce; LiLuF 4 : A (A = Pr, Tm, Er, Ce); Li 2 B 4 O 7 : Mn; Y 2 O 2 Eu; Y 2 SiO 5 : Eu; CaSiO 3 : Ln, where Ln = 1, 2 or more lanthanides.
M I X: xBi with M 1 = Rb and X = Cl, Br and / or I
RbX: xTl with X = Br and / or Cl and / or I
YOX: zA with X = Cl and / or Br, and A = Ce or Tb
Bei Klassifizierung gemäß dem Wirts-Gittertyp sind die folgenden bevorzugten Ausgestaltungen ebenfalls mit umfasst:
- 1. Halogenide: z. B. XY2 (X = Mg, Ca, Sr, Ba; Y = F, Cl, J); CaF2:Eu(II); BaF2:Eu; BaMgF4:Eu; LiBaF3Eu; SrF2Eu; SrBaF2Eu; CaBr2Eu-SiO2; CaCJ2:Eu; CaCJ2:Eu-SiO2; CaCJ2:Eu,Mn-SiO2; CaJ2:Eu; CaJ2:Eu,Mn; KMgF3:Eu; SrF2:Eu(II); BaF2:Eu(II); YF3; NaYF4; MgF2:Mn; MgF2:Ln (Ln = Lanthanid(en)). KBr: In+ RbBr:Ga, CsBr:Ga, RbBr:Eu2+, CsBr:Eu2+, Cs2NaYF6:Ce3+, CsNaYF6:Pr3+ CaF2:Eu3+ (oder Eu2+), Sm3+,
- 2. Erdalkalisulfate: z. B. XSO4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba); SrSO4:Eu; SrSO4:Eu,Mn; BaSO4:Eu; BaSO4:Eu,Mn; CaSO4; CaSO4:Eu; CaSO4:Eu,Mn; sowie gemischte Erdalkalisulfate, auch in Kombination mit Magnesium, z. B. Ca,MgSO4:Eu,Mn.
- 3. Phosphate und Halophosphate: z. B. CaPO4:Ce,Mn; Ca5(PO4)3Cl:Ce,Mn; Ca5(PO4)3F:Ce,Mn; SrPO4:Ce,Mn; Sr5(PO4)3Cl:Ce,Mn; Sr5(PO4)3F:Ce,Mn; die letzteren auch codotiert mit Eu(II) oder codotiert mit Eu,Mn; α-Ca3(PO4)2:Eu; β-Ca3(PO4)2:Eu,Mn; Ca5(PO4)3Cl:Eu; Sr5(PO4)3Cl:Eu; Ba10(PO4)6Cl:Eu; Ba10(PO4)6Cl:Eu,Mn; Ca2Ba3(PO4)3Cl:Eu; Ca5(PO4)3F:Eu2+X3+; Sr5(PO4)3F:Eu2+X3+ (X = Nd, Er, Ho, Tb); Ba5(PO4)3Cl:Eu; β-Ca3(PO4)2:Eu; CaB2P2O9:Eu; CaB2P2O9:Eu; Ca2P2O7:Eu; Ca2P2O7:Eu,Mn; Sr10(PO4)6Cl2:Eu; (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu; LaPO4:Ce; CePO4; LaPO4:Eu; LaPO4:Ce; LaPO4:Ce,Tb; CePO4:Tb; Zn3(PO4)2:Mn2+ (Zn3(PO4)2:Mn2+,Al3+Zn3(PO4)2:Mn2+,Ga3+ Sr3(PO4)2:Eu2+, Sr5(PO4)3:Eu2+, Sr2PO4:Eu2+
- 4. Borate: z. B. LaBO3; LaBO3:Ce; ScBO3:Ce; YAIBO3:Ce; YBO3:Ce; Ca2B5O9Cl:Eu; xEuO × yNa2O × zB2O3. Sr2BO3X:Eu2+ mit X = Cl, Br und/oder I Sr2-x(B5O9)5-y/2Xy:Dx mit X = Halogenide und D = Eu2+, Ce3+
- 5. Vanadate: z. B. YVO4; YVO4:Eu; YVO4:Dy; YVO4:Sm; YVO4:Bi; YVO4:Bi,Eu; YVO4:Bi,Dy; YVO4:Bi,Sm; YVO4:Tm; YVO4Bi,Tm; GdVO4; GdVO4:Eu; GdVO4:Dy; GdVO4:Sm; GdVO4:Bi; GdVO4:Bi,Eu; GdVO4:Bi,Dy; GdVO4:Bi,Sm; YVO4:Eu; YVO4:Sm; YVO4:Dy.
- 6. Aluminate: z. B. MgAl2O4:Eu; CaAl2O4:Eu; SrAl2O4Eu; BaAl2O4:Eu; LaMgAl11O19:Eu; BaMgAl10O17:Eu; BaMgAl10O17:Eu,Mn; CaAl12O19:Eu; SrAl12O19:Eu; SrMgAl10O17:Eu; Ba(Al2O3)6:Eu; (Ba,Sr)MgAl10O17:Eu,Mn; CaAl2O4:Eu,Nd; SrAl2O4Eu,Dy; Sr4Al14O25:Eu,Dy. MAl2O4 (M = Ca, Sr, Mg, Ba), insbesondere BaAl2O4; Sr5Al8O7 (dotiert mit Eu und Dy). Alumosilikate CaSrAlSiO7 und Ca2Al2SiO7 (ebenfalls mit Eu,Dy-Dotierung).
- 7. Silikate: z. B. BaSrMgSi2O7:Eu; Ba2MgSiO7:Eu; BaMg2Si2O7:Eu; CaMgSi2O6:Eu; SrBaSiO4:Eu; Sr2Si3O8 × SrCl2:Eu; Ba5SiO4Br6:Eu; Ba5SiO4Cl6:Eu; Ca2MgSi2O7:Eu; CaAl2Si2O8:Eu; Ca1,5Sr0,5MgSi2O7:Eu; (Ca,Sr)2MgSi2O7:Eu; Sr2LiSiO4F:Eu; Sr3Al2O6:Eu, Sr3Al2O6:XY (X = Eu, Y = Dy), Sr5Al2O8:Eu, Y3Al5O12:Ce, Gd3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce und (GdLu)3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:XY (X = Ce, Y = Eu, Mn), Mg2SiO4:Mn2+, Dy3+ und M3MgSi2O8 (M = Ca, Sr, Ba). Mg2SiO4:Mn2+,Dy3+; M3MgSi2O8 (M = Ca, Sr, Ba). ZnMgSi2O6, CaMgSi2O6, MgSiO3 (dotiert mit Eu, Mn, Dy) Sr2MgSi2O7 (dotiert mit Eu, Dy) Sr2MIISi2O7:Ce3+ Sr5SiO4X6:Eu2+ mit X = Halogenide Y2SiO5:X mit X = Tb und/oder Ce Y2SiO5:Ce3+, Sm3+
- 8. Wolframate und Molybdate: z. B. X3WO6 (X = Mg, Ca, Sr, Ba); X2WO4 (X = Li, Na, K, Rb, Cs); XMoO4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba) und MgWO4, CaWO4, CdWO4, ZnWO4; sowie Polymolybdate oder Polywolframate oder die Salze der entsprechenden Hetero- oder Isopolysäuren.
- 9. Germanate: z. B. Zn2GeO4.
- 10. Außerdem die folgenden Klassen: ALnO2:Yb,Er (A = Li, Na; Ln = Gd, Y, Lu); LnAO4:Yb,Er (Ln = La, Y; A = P, V, As, Nb); Ca3Al2Ge3O12:Er; Gd2O2S:Yb,Er; La2S:Yb,Er, Ba2ZnS3:Ce.
- 1. halides: z. XY 2 (X = Mg, Ca, Sr, Ba; Y = F, Cl, J); CaF 2 : Eu (II); BaF 2 : Eu; BaMgF 4 : Eu; LiBaF 3 Eu; SrF 2 Eu; SrBaF 2 Eu; CaBr 2 Eu-SiO 2 ; CaCJ 2 : Eu; CaCJ 2 : Eu-SiO 2 ; CaCJ 2 : Eu, Mn-SiO 2 ; CaJ 2 : Eu; CaJ 2 : Eu, Mn; KMgF 3 : Eu; SrF 2 : Eu (II); BaF 2 : Eu (II); YF 3 ; NaYF 4 ; MgF 2 : Mn; MgF 2 : Ln (Ln = lanthanide (s)). KBr: In + RbBr: Ga, CsBr: Ga, RbBr: Eu 2+, CsBr: Eu 2+, Cs 2 NaYF 6: Ce 3+, CsNaYF 6: Pr 3+ CaF 2: Eu 3+ (or Eu 2+ ), Sm 3+ ,
- 2. alkaline earth sulfates: z. XSO 4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba); SrSO 4 : Eu; SrSO 4 : Eu, Mn; BaSO 4 : Eu; BaSO 4 : Eu, Mn; CaSO 4 ; CaSO 4 : Eu; CaSO 4 : Eu, Mn; and mixed alkaline earth sulfates, also in combination with magnesium, e.g. For example Ca, MgSO 4 : Eu, Mn.
- 3. Phosphates and halophosphates: z. B. CaPO 4 : Ce, Mn; Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Ce, Mn; Ca 5 (PO 4 ) 3 F: Ce, Mn; SrPO 4 : Ce, Mn; Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Ce, Mn; Sr 5 (PO 4 ) 3 F: Ce, Mn; the latter also codoped with Eu (II) or codoped with Eu, Mn; α-Ca 3 (PO 4 ) 2 : Eu; β-Ca 3 (PO 4 ) 2 : Eu, Mn; Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu; Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu; Ba 10 (PO 4 ) 6 Cl: Eu; Ba 10 (PO 4 ) 6 Cl: Eu, Mn; Ca 2 Ba 3 (PO 4 ) 3 Cl: Eu; Ca 5 (PO 4 ) 3 F: Eu 2+ X 3+ ; Sr 5 (PO 4 ) 3 F: Eu 2+ X 3+ (X = Nd, Er, Ho, Tb); Ba 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu; β-Ca 3 (PO 4 ) 2 : Eu; CaB 2 P 2 O 9 : Eu; CaB 2 P 2 O 9 : Eu; Ca 2 P 2 O 7 : Eu; Ca 2 P 2 O 7 : Eu, Mn; Sr 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu; (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu; LaPO 4 : Ce; CePO 4 ; LaPO 4 : Eu; LaPO 4 : Ce; LaPO 4 : Ce, Tb; CePO 4 : Tb; Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ (Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , Al 3+ Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , Ga 3+ Sr 3 (PO 4 ) 2 : Eu 2+ , Sr 5 (PO 4 ) 3 : Eu 2+ , Sr 2 PO 4 : Eu 2+
- 4. Borates: z. B. LaBO 3 ; LaBO 3 : Ce; ScBO 3 : Ce; YAIBO 3 : Ce; YBO 3 : Ce; Ca 2 B 5 O 9 Cl: Eu; xEuO x yNa 2 O x eg 2 O 3 . Sr 2 BO 3 X: Eu 2+ with X = Cl, Br and / or I Sr 2 -x (B 5 O 9 ) 5-y / 2 X y : D x with X = halides and D = Eu 2+ , Ce 3+
- 5. Vanadates: z. B. YVO 4 ; YVO 4 : Eu; YVO 4 : Dy; YVO 4 : Sm; YVO 4 : Bi; YVO 4 : Bi, Eu; YVO 4 : Bi, Dy; YVO 4 : Bi, Sm; YVO 4 : Tm; YVO 4 Bi, Tm; GdVO 4 ; GdVO 4 : Eu; GdVO 4 : Dy; GdVO 4 : Sm; GdVO 4 : Bi; GdVO 4 : Bi, Eu; GdVO 4 : Bi, Dy; GdVO 4 : Bi, Sm; YVO 4 : Eu; YVO 4 : Sm; YVO 4 : Dy.
- 6. Aluminates: z. For example, MgAl 2 O 4 : Eu; CaAl 2 O 4 : Eu; SrAl 2 O 4 Eu; BaAl 2 O 4 : Eu; LaMgAl 11 O 19 : Eu; BaMgAl 10 O17: Eu; BaMgAl 10 O 17 : Eu, Mn; CaAl 12 O 19 : Eu; SrAl 12 O 19 : Eu; SrMgAl 10 O 17 : Eu; Ba (Al 2 O 3 ) 6 : Eu; (Ba, Sr) MgAl 10 O 17 : Eu, Mn; CaAl 2 O 4 : Eu, Nd; SrAl 2 O 4 Eu, Dy; Sr 4 Al 14 O25: Eu, Dy. MAl 2 O 4 (M = Ca, Sr, Mg, Ba), especially BaAl 2 O 4 ; Sr 5 Al 8 O 7 (doped with Eu and Dy). Aluminosilicates CaSrAlSiO 7 and Ca 2 Al 2 SiO 7 (also with Eu, Dy doping).
- 7. silicates: z. B. BaSrMgSi 2 O 7 : Eu; Ba 2 MgSiO 7 : Eu; BaMg 2 Si 2 O 7 : Eu; CaMgSi 2 O 6 : Eu; SrBaSiO 4 : Eu; Sr 2 Si 3 O 8 × SrCl 2 : Eu; Ba 5 SiO 4 Br 6 : Eu; Ba 5 SiO 4 Cl 6 : Eu; Ca 2 MgSi 2 O 7 : Eu; CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu; Ca 1.5 Sr 0.5 MgSi 2 O 7 : Eu; (Ca, Sr) 2 MgSi 2 O 7 : Eu; Sr 2 LiSiO 4 F: Eu; Sr 3 Al 2 O 6 : Eu, Sr 3 Al 2 O 6 : XY (X = Eu, Y = Dy), Sr 5 Al 2 O 8 : Eu, Y 3 Al 5 O 12 : Ce, Gd 3 Al 5 O 12 : Ce, Lu 3 Al 5 O 12 : Ce and (GdLu) 3 Al 5 O 12 : Ce, Tb 3 Al 5 O 12 : Ce, Tb 3 Al 5 O 12 : XY (X = Ce, Y = Eu, Mn), Mg 2 SiO 4 : Mn 2+ , Dy 3+ and M 3 MgSi 2 O 8 (M = Ca, Sr, Ba). Mg 2 SiO 4 : Mn 2+ , Dy 3+ ; M 3 MgSi 2 O 8 (M = Ca, Sr, Ba). ZnMgSi 2 O 6 , CaMgSi 2 O 6 , MgSiO 3 (doped with Eu, Mn, Dy) Sr 2 MgSi 2 O 7 (doped with Eu, Dy) Sr 2 M II Si 2 O 7 :
Ce 3 + Sr 5 SiO 4 X 6 : Eu 2+ with X = halides Y 2 SiO 5 : X with X = Tb and / or Ce Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Sm 3+ - 8. Tungstates and molybdate: z. B. X 3 WO 6 (X = Mg, Ca, Sr, Ba); X 2 WO 4 (X = Li, Na, K, Rb, Cs); X MoO 4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba) and MgWO 4 , CaWO 4 , CdWO 4 , ZnWO 4 ; and polymolybdates or polytungstates or the salts of the corresponding hetero- or isopolyacids.
- 9. Germanate: z. Zn 2 GeO 4 .
- 10. In addition, the following classes: ALnO 2 : Yb, Er (A = Li, Na, Ln = Gd, Y, Lu); LnAO 4 : Yb, Er (Ln = La, Y; A = P, V, As, Nb); Ca 3 Al 2 Ge 3 O 12 : He; Gd 2 O 2 S: Yb, He; La 2 S: Yb, Er, Ba 2 ZnS 3 : Ce.
Sämtliche zuvor genannten Materialien eignen sich auch zur Herstellung von Nanopartikeln, die nicht im Kern-Schale-Typ vorliegen, d. h. nur eine Phase aufweisen („Vollpartikel”).All the aforementioned materials are also suitable for the production of nanoparticles that are not in the core-shell type, d. H. have only one phase ("full particles").
Bei den erfindungsgemäßen Nanopartikeln ist weiter bevorzugt, dass die Dotierkonzentration des mindestens einen zweiten, vom ersten verschiedenen Übergangsmetalls oder Lanthanidmetalls bezogen auf die Stoffmenge des ersten Übergangs- oder Lanthanidmetalls zwischen 0,01 und 25 mol-%, bevorzugt zwischen 0,5 und 20 mol-%, weiter bevorzugt zwischen 1 und 10 mol-%, besonders bevorzugt zwischen 2 und 7,5 mol-% beträgt. Die angegebenen Konzentrationen der Dotierung gelten auch insbesondere für die im letzten Absatz explizit genannten Materialien.In the case of the nanoparticles according to the invention, it is further preferred that the doping concentration of the at least one second, different from the first, transition metal or lanthanide metal based on the molar amount of the first transition or lanthanide metal is between 0.01 and 25 mol%, preferably between 0.5 and 20 mol -%, more preferably between 1 and 10 mol%, particularly preferably between 2 and 7.5 mol%. The stated concentrations of the doping also apply in particular to the materials explicitly mentioned in the last paragraph.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Schale mit funktionellen Gruppen funktionalisiert, wobei diese funktionellen Gruppen insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Amino-, Carboxylat-, Carbonat-, Maleinid-, Imin-, Imid-, Amid-, Aldehyd-, Thiol-, Isocyanat-, Isothiocyanat-, Acylazid-, Hydroxyl-, N-hydroxy-succinimidester-, Phosphat-, Phosphonsäure-, Sulfonsäure-, Sulfonsäurechlorid-, Epoxy-, C-C-Doppelbindung-haltige Gruppen, wie z. B. (Meth)-acrylsäure- oder (Meth)-acrylat- oder Norbornylgruppen.In a further preferred embodiment, the surface of the shell is functionalized with functional groups, these functional groups being in particular selected from the group consisting of amino, carboxylate, carbonate, maleic, imine, imide, amide, aldehyde , Thiol, isocyanate, isothiocyanate, acylazide, hydroxyl, N-hydroxy-succinimidester-, phosphate, phosphonic acid, sulfonic acid, sulfonic acid chloride, epoxy, CC double bond-containing groups, such as. B. (meth) acrylic acid or (meth) acrylate or norbornyl groups.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Partikeloberfläche mit einer Hülle aus Silica, Polymer, Aluminiumoxid oder Polyethylenglycol, TiO2, ZnO, ZrO2 umgeben ist, die Oberfläche des PLS-Partikels chemisch modifiziert ist.Further preferred embodiments provide that the particle surface is surrounded by a shell of silica, polymer, aluminum oxide or polyethylene glycol, TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , the surface of the PLS particle is chemically modified.
Ebenso ist vorteilhaft, wenn die Oberfläche kovalent oder nicht-kovalent gebundene Verbindungsmoleküle und/oder reaktive Gruppen aufweist.It is likewise advantageous if the surface has covalently or noncovalently bound compound molecules and / or reactive groups.
Zudem ist möglich, dass als Verbindungsmolekül ein oder mehrere kettenförmige Moleküle mit einer der Oberfläche der Nanopartikel entgegengesetzten Polarität oder Ladung nicht-kovalent mit der Oberfläche der Partikel verbunden sind, die kettenförmigen Moleküle anionische, kationische oder zwitterionische Detergenzien, saure oder basische Proteine, Polyamide oder Polysulfon- oder Polycarbonsäuren sein können.It is also possible that, as the connecting molecule, one or more chain-like molecules having a polarity or charge opposite to the surface of the nanoparticles non-covalently with the surface the particles are linked, the chain-like molecules may be anionic, cationic or zwitterionic detergents, acidic or basic proteins, polyamides or polysulfone or polycarboxylic acids.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Oberfläche und/oder die mit der Oberfläche der Nanopartikel verbundenen Verbindungsmoleküle reaktive neutrale, geladene oder partial geladene Gruppen wie Aminogruppen, Carbonsäuregruppen, Thiole, Thioether, Disulfide, Imidazole, Guanidine, Hydroxylgruppen, Indole, vicinale Diole, Aldehyde, alpha-Haloacetylgruppen, N-Maleimide, Quecksilberorganyle, Arylhalogenide, Säureanhydride, Isocyanate, Isothiocyanate, Sulfonsäurehalogenide, Imidoester, Diazoacetate, Diazoniumsalze, 1,2-Diketone, alpha-beta-ungesättigte Carbonylverbindungen, Azolide, Silane, Phosphonsäuren, Phosphorsäureester oder Derivate der genannten Gruppen tragen, wobei diese reaktiven Gruppen eine chemische Bindung mit weiteren Verbindungsmolekülen oder Affinitätsmolekülen erlauben.It is furthermore advantageous if the surface and / or the connecting molecules connected to the surface of the nanoparticles have reactive neutral, charged or partially charged groups such as amino groups, carboxylic acid groups, thiols, thioethers, disulfides, imidazoles, guanidines, hydroxyl groups, indoles, vicinal diols, aldehydes, alpha-haloacetyl groups, N-maleimides, mercury organyls, aryl halides, acid anhydrides, isocyanates, isothiocyanates, sulfonic acid halides, imidoesters, diazoacetates, diazonium salts, 1,2-diketones, alpha-beta-unsaturated carbonyl compounds, azolides, silanes, phosphonic acids, phosphoric acid esters or derivatives thereof Carry groups, these reactive groups allow a chemical bond with other connection molecules or affinity molecules.
Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können ebenso mit einem oder mehreren Affinitätsmolekülen oder mehreren miteinander gekoppelten Affinitätsmolekülen ausgestattet sein, wobei die Affinitätsmoleküle einerseits an die Partikeloberfläche anbinden und andererseits an eine biologische oder sonstige organische Substanz binden können.The nanoparticles according to the invention can likewise be provided with one or more affinity molecules or a plurality of affinity molecules coupled to one another, wherein the affinity molecules can bind to the particle surface on the one hand and bind to a biological or other organic substance on the other hand.
Die Affinitätsmoleküle können z. B. monoklonale oder polyklonale Antikörper, Proteine, Peptide, Oligonukleotide, Plasmide, Nukleinsäuremoleküle, Oligo- oder Polysaccharide, Haptene wie Biotin oder Digoxin, oder ein niedermolekulares synthetisches oder natürliches Antigen sein.The affinity molecules can, for. As monoclonal or polyclonal antibodies, proteins, peptides, oligonucleotides, plasmids, nucleic acid molecules, oligo- or polysaccharides, haptens such as biotin or digoxin, or a low molecular weight synthetic or natural antigen.
Ebenso ist möglich, dass das Affinitätsmolekül durch reaktive Gruppen am Affinitätsmolekül und an der einfachen Nachweissonde kovalent oder nicht-kovalent an das Partikel gekoppelt ist.It is also possible that the affinity molecule is covalently or non-covalently coupled to the particle through reactive groups on the affinity molecule and on the simple detection probe.
Die reaktiven Gruppen auf der Oberfläche des Affinitätsmoleküls können ausgewählt sein aus Aminogruppen, Carbonsäuregruppen, Thiolen, Thioethern, Disulfiden, Imidazolen, Guanidinen, Hydroxylgruppen, Indolen, vicinalen Diolen, Aldehyden, alpha-Haloacetylgruppen, N-Maleimiden, Quecksilberorganylen, Arylhalogeniden, Säureanhydriden, Isocyanaten, Isothiocyanaten, Sulfonsäurehalogeniden, Imidoestern, Diazoacetaten, Diazoniumsalzen, 1,2-Diketonen, alpha-beta-ungesättigten Carbonylverbindungen oder Azoliden.The reactive groups on the surface of the affinity molecule may be selected from amino groups, carboxylic acid groups, thiols, thioethers, disulfides, imidazoles, guanidines, hydroxyl groups, indoles, vicinal diols, aldehydes, alpha-haloacetyl groups, N-maleimides, mercury organyls, aryl halides, acid anhydrides, isocyanates , Isothiocyanates, sulfonic acid halides, imidoesters, diazoacetates, diazonium salts, 1,2-diketones, alpha-beta-unsaturated carbonyl compounds or azolides.
Zwischen dem PSL-Partikel und dem Affinitätsmolekül kann eine kovalente oder nicht-kovalente, selbstorganisierte Verbindung bestehen.There may be a covalent or non-covalent, self-assembled compound between the PSL particle and the affinity molecule.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein stimulierbares Nanopartikelsystem bereitgestellt, das eine Mehrzahl der zuvor genannten Nanopartikel enthält. Die Polydispersität der Nanopartikel im erfindungsgemäßen Nanopartikelsystem liegt dabei bevorzugt zwischen 0,1 und 10%, bevorzugt zwischen 1 und 3%.According to the invention, a stimulable nanoparticle system is also provided which contains a plurality of the aforementioned nanoparticles. The polydispersity of the nanoparticles in the nanoparticle system according to the invention is preferably between 0.1 and 10%, preferably between 1 and 3%.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Nanopartikelsystems angegeben, bei dem amorphe Kernpartikel aus Silica oder aus einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silica, Silicaten, Vanadaten, Wolframaten, Phosphaten, Oxiden, Sulfiden, Sulfaten, Aluminaten und/oder Halogeniden, wie z. B. Fluorobromiden, eines ersten Hauptgruppen-, Übergangs- oder Lanthanidmetalls, mit einem mittleren Durchmesser zwischen 10 und 290 nm durch Benetzen mit einer wässrigen Lösung, enthaltend
- a) mindestens eine Sorte Ionen eines ersten Übergangsmetalls oder Lanthanidmetalls,
- b) mindestens eine Sorte Ionen eines zweiten, vom ersten verschiedenen Übergangsmetalls oder Lanthanidmetalls sowie
- c) für den Fall, dass die Schale Vanadate, Wolframate, Phosphate, Sulfide, Sulfate, Aluminate und/oder Halogenide enthalten soll Vanadat-, Wolframat-, Phosphat-, Sulfid- und/oder Halogenid-Ionen, insbesondere Fluorid- und Bromidionen,
- a) at least one kind of ion of a first transition metal or lanthanide metal,
- b) at least one type of ion of a second, different from the first transition metal or lanthanide metal and
- c) in the event that the shell is to contain vanadates, tungstates, phosphates, sulfides, sulfates, aluminates and / or halides, vanadate, tungstate, phosphate, sulfide and / or halide ions, in particular fluoride and bromide ions,
Um die oben angegebenen bevorzugten Konzentrationen der Dotierstoffe zu erhalten, werden die Mol-Verhältnisse der zweiten Sorte Übergangsmetall oder Lanthanidmetall zur erste Sorte Übergangs- oder Lanthanidmetall bevorzugt entsprechend eingestellt.In order to obtain the above-mentioned preferred concentrations of the dopants, the molar ratios of the second grade transition metal or lanthanide metal to the first grade transition or lanthanide metal are preferably adjusted accordingly.
Die verwendete wässrige Lösung kann dabei weitere Zusatzstoffe, wie beispielsweise
- a) eine organische Carbonsäure mit mindestens zwei Säurefunktionalitäten, bevorzugt Zitronensäure, und/oder
- b) einen Alkohol mit mindestens zwei Alkoholfunktionalitäten, bevorzugt Polyethylenglykol und/oder Polypropylenglycol
- a) an organic carboxylic acid having at least two acid functionalities, preferably citric acid, and / or
- b) an alcohol having at least two alcohol functionalities, preferably polyethylene glycol and / or polypropylene glycol
Der Schritt des Temperns wird dabei bevorzugt bei Temperaturen zwischen 500 bis 1500°C, bevorzugt 700 bis 1300°C, besonders bevorzugt bei 800 bis 1200°C durchgeführt, insbesondere bei 1000°C bis 1100°C.The step of tempering is preferably carried out at temperatures between 500 to 1500 ° C, preferably 700 to 1300 ° C, more preferably at 800 to 1200 ° C, in particular at 1000 ° C to 1100 ° C.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn nach der Benetzung und vor dem Sinterschritt eine Entfernung des Lösungsmittels, bevorzugt durch Lyophilisation der Partikel durchgeführt wird.It is likewise preferred if removal of the solvent, preferably by lyophilization of the particles, is carried out after wetting and before the sintering step.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass nach dem Schritt des Temperierens eine chemische Modifikation der Oberfläche der PSL-Partikel und/oder Herstellung reaktiver Gruppen auf der Oberfläche der Partikel und/oder Verbindung eines oder mehrerer Verbindungsmoleküle mit der Oberfläche der PSL-Partikel durch kovalente oder nicht-kovalente Bindung durchgeführt wird.A further preferred embodiment provides that after the tempering step, a chemical modification of the surface of the PSL particles and / or production of reactive groups on the surface of the particles and / or connection of one or more compound molecules with the surface of the PSL particles by covalent or non-covalent bond.
Nach dem Schritt des Temperierens kann weiter eine Oberflächenmodifikation der Partikel mit einer Aminosilanverbindung und/oder mit einer Amino-, Carboxylat-, Carbonatgruppen, Maleinid-, Imin-, Imid-, Amid-, Aldehyd-, Thiol-, Isocyanat-, Isothiocyanat-, Acylazid-, Hydroxyl-, N-hydroxy-succinimidester-, Phosphat-, Phosphonsäure-, Sulfonsäure-, Sulfonsäurechlorid-, Epoxy-, c-c-Doppelbindung-haltige, wie z. B. (Meth)-acrylsäure- oder (Meth)-acrylat- oder Norbornylgruppen-haltigen Verbindung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann hierzu TRIAMO (N-[3[Trimethoxysilyl-)-propyl]diethylentriamin) verwendet werden.After the tempering step, further surface modification of the particles with an aminosilane compound and / or with an amino, carboxylate, carbonate, maleic, imine, imide, amide, aldehyde, thiol, isocyanate, isothiocyanate , Acylazid-, hydroxyl, N-hydroxy-succinimidester-, phosphate, phosphonic acid, sulfonic acid, sulfonic acid chloride, epoxy, cc double bond-containing, such as. B. (meth) acrylic acid or (meth) acrylate or norbornyl group-containing compound. For example, TRIAMO (N- [3 [trimethoxysilyl) propyl] diethylenetriamine) can be used for this purpose.
Erfindungsgemäß werden ebenso Verwendungszwecke des zuvor beschriebenen Nanopartikelsystems angegeben. Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäßen Nanopartikelsysteme als Diagnostikum und/oder als Marker, insbesondere zu biologischen oder medizinischen Anwendungszwecken; als optisch detektierbare Diffusionssonde; in Sicherheitssystemen; als Substrat für Sicherheitssysteme und/oder als Marker zur Erkennung von Originalen und/oder Plagiaten und/oder als Kontrastmittel für biomedizinische Anwendungen sowie Mittel für forensische Untersuchungen.According to the invention, uses of the above-described nanoparticle system are also indicated. In particular, the nanoparticle systems according to the invention are suitable as a diagnostic agent and / or as a marker, in particular for biological or medical applications; as an optically detectable diffusion probe; in security systems; as a substrate for security systems and / or as markers for the detection of originals and / or plagiarisms and / or as contrast agents for biomedical applications and means for forensic investigations.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Nanopartikelsystems ist es bevorzugt, wenn das Nanopartikelsystem mit Licht einer Wellenlänge zwischen 100 und 800 nm, mit Röntgen- und/oder Elektronenstrahlen in einen elektronisch aufgeladenen Zustand gebracht wird, und mittels eines Lichtimpulses mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 1600 nm zur stimulierten Emission von Photonen mit einer Wellenlänge zwischen 500 und 1600 nm angeregt wird.When using the nanoparticle system according to the invention, it is preferred if the nanoparticle system is brought into an electronically charged state with light having a wavelength between 100 and 800 nm, with X-rays and / or electron beams, and by means of a light pulse having a wavelength between 400 and 1600 nm for the stimulated emission of photons with a wavelength between 500 and 1600 nm is excited.
Der zur Stimulierung der Emission verwendete Lichtimpuls weist dabei bevorzugt die folgenden Charakteristika auf:
- a) eine Dauer zwischen 10
ns und 1 min, bevorzugt zwischen 100ns und 100 μs, weiter bevorzugt zwischen 250ns und 10 μs, insbesondere zwischen 500 ns und 3 μs aufweist und/oder - b)
eine Energiedichte zwischen 0,01 μJ/cm2 und 100 μJ/cm2, 0,1 μJ/cm2 und 20 μJ/cm2 besonders bevorzugt zwischen 1 μJ/cm2 und 10 μJ/cm2 aufweist.bevorzugt zwischen
- a) has a duration of between 10 ns and 1 min, preferably between 100 ns and 100 μs, more preferably between 250 ns and 10 μs, in particular between 500 ns and 3 μs, and / or
- b) has an energy density between 0.01 μJ / cm 2 and 100 μJ / cm 2 , preferably between 0.1 μJ / cm 2 and 20 μJ / cm 2, more preferably between 1 μJ / cm 2 and 10 μJ / cm 2 .
Es kann auch kontinuierliche Strahlung zur Stimulation verwendet werden. Dabei ist bevorzugt, dass die Leistungsdichte des Strahls ist zwischen 0,01 W/cm2 und 100 W/cm2, besonders bevorzugt zwischen 1 W/cm2 und 10 W/cm2.It can also be used continuous radiation for stimulation. It is preferred that the power density of the beam is between 0.01 W / cm 2 and 100 W / cm 2 , more preferably between 1 W / cm 2 and 10 W / cm 2 .
Diese lumineszierenden Partikelsysteme eignen sich besonders gut als photostimulierbare Marker für die biologische und medizinische Diagnostik, als optisch detektierbare Diffusionssonden zur Herstellung von Sicherheitssystemen und als Marker zur Erkennung von Plagiaten/Originalen.These luminescent particle systems are particularly suitable as photostimulable markers for biological and medical diagnostics, as optically detectable diffusion probes for the production of security systems and as markers for the detection of plagiarisms / originals.
Anhand der nachfolgenden Beispiele soll das Anwendungspotenzial von PLS-Partikeln illustriert werden.The following examples illustrate the application potential of PLS particles.
Das Protein A möge über eine besondere biologische Funktionalität verfügen, beispielsweise die Fähigkeit, die Poren der Zellmembran zu öffnen. Es soll geklärt werden, ob es sich im Hinblick auf diese Funktion von einem Protein B unterscheidet. Zu diesem Zweck wird eine Hälfte der einem Zellverband zuzusetzenden Nanopartikel mit dem Protein A, die andere Hälfte mit Protein B funktionalisiert werden. Die Anbindung von Proteinen an die Nanopartikel wird durch eine entsprechende Oberflächenmodifikation der Partikel – wie im Detail weiter unten stehend – vorgenommen. Die erste (mit A funktionalisierte) Hälfte wird nun zusätzlich in der Weise „markiert”, dass sie durch Aufladung PSL-fähig gemacht wird. Dann wird der Zellverband für die erwartete Reaktionszeit allen Nanopartikeln ausgesetzt. Wenn man anschließend durch Einstrahlung von IR-Licht die PSL auslöst, sieht man in der Lumineszenz der Nanopartikel nur die PSL-fähigen Partikel, also nur diejenigen, die mit Protein A funktionalisiert wurden, da nur diese aufgeladen wurden. Regt man aber die Photolumineszenz an, so sieht man beide Partikelsorten, also die B markierten. Unterschiedliche räumliche Verteilungen der Lumineszenz bei PSL- und Photolumineszenz-(PL)-Anregung (in Zellwand und Zellinnerem) zeigen daher auf die unterschiedliche biologische Wirksamkeit der beiden Proteine hin.The protein A may have special biological functionality, for example the ability to open the pores of the cell membrane. It should be clarified whether it differs from a protein B with regard to this function. For this purpose, one half of the nanoparticles to be added to a cell structure will be functionalized with protein A, the other half with protein B. The connection of Proteins to the nanoparticles are made by a corresponding surface modification of the particles - as described in more detail below. The first half (functionalized with A) is now additionally "marked" in such a way that it is made PSL-capable by charging. Then the cell assembly is exposed to all nanoparticles for the expected reaction time. If the PSL is subsequently triggered by the irradiation of IR light, the luminescence of the nanoparticles only shows the PSL-capable particles, ie only those that have been functionalized with protein A, since only these were charged. But if one stimulates the photoluminescence, then one sees both particle types, thus the B marked ones. Different spatial distributions of luminescence in PSL and photoluminescence (PL) excitation (in cell wall and cell interior) therefore indicate the different biological activity of the two proteins.
Ein weiteres Beispiel ist die Aufladung des an einem PSL-fähigen NP über eine entsprechende Funktionalisierung fixierten Botenstoffs einer Synapse und die Beobachtung der nachfolgenden Ausschüttung und der zeitlichen und räumlichen Ausweitung.Another example is the charging of the messenger substance of a synapse fixed on a PSL-capable NP via a corresponding functionalization and the observation of the subsequent distribution and the temporal and spatial extension.
Solche optische „Markierung” ermöglicht Diffusion- und Transportprozesse mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung in vivo und in vitro.Such optical "tagging" allows diffusion and transport processes with very high spatial resolution in vivo and in vitro.
Besonders bevorzugte Beispiele der erfindungsgemäß als Schale einsetzbaren Materialien werden nachfolgend beschrieben, wobei aber auch andere als die hier explizit aufgeführten Materialien eingesetzt werden können.Particularly preferred examples of the materials which can be used according to the invention as shell are described below, but other materials than those explicitly mentioned here can also be used.
ZnS:Cu+,Pb2+ ZnS: Cu + , Pb 2+
Zinksulfid dotiert mit Cu+ und Pb2+ ist ein phosphoreszierender Leuchtstoff [
Unterschiedliche Gitterdefekte in ZnS können Elektronen und Löcher lokalisieren und damit zur Phosphoreszenz beitragen. Die Dauer des Nachleuchtens kann deutlich vergrößert werden durch die Erzeugung von tiefen Haftstellen mit Co-Ionen.Different lattice defects in ZnS can localize electrons and holes and thus contribute to phosphorescence. The duration of the afterglow can be significantly increased by the creation of deep traps with co-ions.
Die PSL in ZnS:Cu+,Pb2+ kommt zustande durch die Befreiung von Elektronen aus der Fallen [
ZnS:Eu,MnZnS: Eu, Mn
Auch die durch UV-Licht angeregte Lumineszenz von nanokristallinem ZnS:Eu,Mn ist empfindlich gegen IR Licht [Chen, W.
CaS:Eu,SmCaS: Eu, Sm
Eine sehr gute Übereinstimmung mit dem Anforderungsprofil zeigt das Materialsystem CaS:Eu,Sm, ein effektiver IR-Konverter mit schneller Reaktionszeit [
Die gängigen Modelle der Ladung, Speicherung von Energie und Ladungsträgern und der stimulierten Emission gehen im Wesentlichen zurück auf ein Ende der 50er Jahre entwickeltes Modell der stimulierten Emission in SrS:Eu,Sm [
The current models of charge, storage of energy and charge carriers and of stimulated emission are essentially based on a stimulated emission model developed in the late 1950s in SrS: Eu, Sm [
Wird das aufgeladene CaS:Eu,Sm mit niedrig energetischem IR-Licht im Bereich von 900–1500 nm stimuliert, so zeigt sich die rote Lumineszenz von Eu2+. Durch stimulierendes Licht können die am Sm2+ gespeicherten Elektronen zurück ins Leitungsband angeregt werden und mit einem am Eu3+ gespeicherten Loch rekombinieren. Dadurch werden die Eu3+-Ionen wieder in den zweiwertigen Valenzzustand zurückgeführt. Das resultierende Eu2+ befindet sich im angeregten Zustand und geht unter Emission der charakteristischen Lumineszenz in den Grundzustand über.When the charged CaS: Eu, Sm is stimulated with low-energy IR light in the range of 900-1500 nm, the red luminescence of Eu 2+ is shown . By stimulating light the electrons stored at the Sm 2+ can be excited back into the conduction band and recombine with a hole stored at the Eu 3+ . As a result, the Eu 3+ ions are returned to the bivalent valence state. The resulting Eu 2+ is in the excited state and changes to the ground state, emitting the characteristic luminescence.
Zn2SiO4:Mn2+ und ZnMgSi2O6:Mn2+,Eu2+,Dy3+ Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ and ZnMgSi 2 O 6 : Mn 2+ , Eu 2+ , Dy 3+
In Optoelektronik verwendet man zahlreiche Leuchtstoffe auf Silikat-Basis, einschließlich einen der ältesten Leuchtstoffe, Zn2SiO4 dotiert mit Mn2+, der sowohl Phosphoreszenz- als auch PSL- Eigenschaften aufweist. Der übliche Herstellungsweg ist die Festkörpersynthese [
Über MgSiO3 und ZnMgSi2O6, beide dotiert mit Mn2+, Eu2+, Dy3+, wurde in [
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ und Sr3Al2O6:Eu2+,Dy3+ SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , Dy 3+ and Sr 3 Al 2 O 6 : Eu 2+ , Dy 3+
Erdalkali-Aluminate besitzen, hergestellt als dotierte Pulver, Keramiken oder Einkristalle, die für die Ziele des Vorhabens notwendigen Eigenschaften. Der am meisten verwendete Leuchtstoff dieser Gruppe ist SrAl2O4:Eu2+, Dy3+, welcher sich aufgrund seiner hervorragenden und lang anhaltenden Phosphoreszenz mittlerweile klar gegenüber dem früher verwendeten ZnS:Cu,Co durchgesetzt hat. Als Material, welches effektive, grüne Lumineszenz (λmax = 520 nm) zeigt, ist SrAl2O4:Eu2+ seit 1966 bekannt [H. Lange.
Beispiel der Herstellung eines SiO2@Zn2SiO4:Mn2+ Kern-Schale-Nanopartikelsystems.Example of the preparation of a SiO 2 @Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ core-shell nanoparticle system.
Die Synthese von lumineszenten Kern-Schale-Nanopartikeln wurde in einem zweistufigen Verfahren ausgeführt: Beschichten der Silica-Kerne und Sintern der beschichteten Nanopartikel. Dazu wurden quasi monodisperse Silica-Kerne verschiedener Partikelgrößen (D = 75, 110, 140, 260 nm) gemäß eines modifizierten Verfahrens nach Stoeber et al. (
Die erhaltenen Silica-Kerne zeigten eine sphärische Morphologie und eine enge Größenverteilung (Polydispersität zwischen 1 bis 3%). Im ersten Schritt wurden die Kerne mit Zn2SiO4:Mn2+-Vorläufern unter Verwendung eines modifizierten Pechini-Sol-Gel-Prozesses (siehe z. B.
(b) Bestimmt mittels DLSThe obtained silica cores showed a spherical morphology and a narrow size distribution (polydispersity between 1 to 3%). In the first step, the cores were annealed with Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ precursors using a modified Pechini sol-gel process (see, e.g.
(b) Determined by DLS
Zur Vermeidung der Aggregation ist die Sintertemperatur ebenso von großer Bedeutung. Beobachtungen bei Nanopartikeln derselben Größe zeigen, dass sich die Menge der nicht-redispergierbaren Aggregate mit steigender Temperatur erhöht. Im Falle eines Nanopartikels mit einem Kerndurchmesser von 75 nm wurde eine Steigerung der Aggregat-Fraktion von bis zu 90 Gew.-% bei Temperaturen von über 1100°C beobachtet. Diese Resultate demonstrieren die Wichtigkeit der Wahl der Syntheseparameter in Übereinstimmung mit der Partikelgröße und der Bedeutung der weiteren Optimierung des Herstellungsprozesses zur Herstellung von aggregatfreien Nanopartikeln.To avoid aggregation, the sintering temperature is also of great importance. Observations on nanoparticles of the same size show that the amount of non-redispersible aggregates increases with increasing temperature. In the case of a nanoparticle with a core diameter of 75 nm, an increase in the aggregate fraction of up to 90% by weight was observed at temperatures above 1100 ° C. These results demonstrate the importance of choosing the synthesis parameters in accordance with particle size and the importance of further optimizing the manufacturing process for making aggregate-free nanoparticles.
Die umhüllende Zn2SiO4-Schicht ist durchgehend, jedoch nicht von konstanter Dicke. Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass der SiO2-Kern nicht nur als Matrix für die morphologischen Eigenschaften, wie z. B. die sphärische Form, sondern auch als Quelle für die Bildung des Silicats während des Wachstums der ZnSiO4:Mn2+-Schicht verantwortlich ist. Offensichtlich bildet sich die ZnSiO4:Mn2+-Schale nicht einheitlich auf der Oberfläche der Silica-Kerne aus.The enveloping Zn 2 SiO 4 layer is continuous, but not of constant thickness. This can be explained by the fact that the SiO 2 core is not only used as a matrix for the morphological properties such. As the spherical shape, but also as a source for the formation of the silicate during the growth of ZnSiO 4 : Mn 2+ layer is responsible. Obviously, the ZnSiO 4 : Mn 2+ shell does not form uniformly on the surface of the silica cores.
Strukturelle Eigenschaften von SiO2@Zn2SiO4:Mn2+-Kern-Schale-NanopartikelStructural properties of SiO 2 @Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ core-shell nanoparticles
Die Sintertemperatur spielt eine wichtige Rolle, nicht nur bei der Bildung von Aggregaten während der Partikel-Herstellung, sondern auch hinsichtlich der strukturellen Eigenschaften des Mn2+-dotierten Zink-Orthosilicats (
Alle Proben zeigen die Bildung einer kristallinen Lage um den amorphen Silica-Kern. Die XRD-Analyse zeigt jedoch, dass bei 800°C vorwiegend eine ZnO-Phase gebildet wird. Im Falle von SiO2@Zn2SiO4:Mn2+-Nanopartikelproben, die bei 900°C gesintert wurden, wurde die Bildung von zwei Phasen detektiert: ZnO und α-Zn2SiO4. Die Intensitäten der Reflexe von Willemit nehmen mit steigender Feuerungstemperatur zu und eine prädominante α-Zn2SiO4-Phase wird bei Proben, die bei 1100°C temperaturbehandelt werden, beobachtet. Darüberhinaus konnte kein Einfluss der Mn2+-Konzentration auf die Bildung der kristallinen Schalenstruktur beobachtet werden. Einerseits zeigen diese Resultate die Wichtigkeit der Temperaturbehandlung zur Schalenbildung, die lediglich aus einer reinen Zink-Silicat-Phase besteht. Andererseits kann anhand dieser Ergebnisse der Phasenbildungsprozess während des Wachstums der Schale verstanden werden. Die Mechanismen der Phasenformation der kristallinen Schale können wie in
Beim ersten Schritt des Pechini-Prozesses werden die Ausgangsmaterialien in der Reaktionslösung gelöst. Zn2+ und Mn2+-Ionen werden durch Zitronensäure (Chelatbildung) stabilisiert und durch Reaktionen der übrigbleibenden Carbonsäuregruppen mit PEG (Polyveresterung) polymerisiert. Dies sichert eine homogene Verteilung der Metallkationen im polymeren Netzwerk und der sich anschließenden Adsorption von Metallionen auf die Silica-Kern-Oberfläche (siehe Schritt (
Die XRD-Resultate beweisen, dass das Arrangement der Zinksilicatphase durch Umformung der ZnO-Phase, die zu Beginn des Sinterungsprozesses gebildet wurde (
Optische Eigenschaften von SiO2@Zn2SiO4:Mn2-Kern-Schale-NanopartikelnOptical properties of SiO 2 @Zn 2 SiO 4 : Mn 2 core-shell nanoparticles
Die UV-angeregten Photolumineszenz-Spektren der Partikel werden von einer starken grünen Emissionsbande mit einem Maximum um 525 nm dominiert (
Dies entspricht der 4T1(4G)-6A1-Emission der Mn2+-Ionen in α-Zn2SiO4, die substitutiv in den tetragonalen Zn-Stellen lokalisiert sind, was die Bildung der α-Willemit-Struktur bestätigt (
Die Photolumineszenzspektren wie auch die Zerfallskurven werden bei 260 nm Anregung gemessen, was zu einem Transfer der Elektronen von Mn2+ Grundzustand ins Leitungsband von Zn2SiO4 und einer nachfolgenden Rekombination führt. Es ist ebenso möglich, die Lumineszenz in Band zwischen 340 nm und 399 nm anzuregen, was den Übergang vom 6A1(S) Grundzustand der Mn2+-Ionen zum 4E(4D) und 4T2(4D) angeregten Zuständen entspricht.The photoluminescence spectra as well as the decay curves are measured at 260 nm excitation, which leads to a transfer of the electrons of Mn 2+ ground state into the conduction band of Zn 2 SiO 4 and a subsequent recombination. It is also possible to excite the luminescence in band between 340 nm and 399 nm, which excited the transition from the 6 A 1 (S) ground state of the Mn 2+ ions to the 4 E ( 4 D) and 4 T 2 ( 4 D) States corresponds.
Oberflächenmodifizierung der SiO2@Zn2SiO4:Mn2+-Kern-Schale-NanopartikelSurface modification of the SiO 2 @Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ core-shell nanoparticles
Hinsichtlich der Verwendung von SiO2@Zn2SiO4:Mn2+-Kern-Schale-Nanopartikel als lumineszenter Marker in biologischen und medizinischen Diagnosesystemen wurde eine weitere Oberflächenmodifizierung von mit Zinksilicat beschichteten Nanopartikeln mit Amino- und Carboxylfunktionalitäten für ein weiteres Anbringen von Biomolekülen gezeigt. Oberflächenanalogien von Zn2SiO4 und SiO2 demonstrieren die Möglichkeit, die Funktionalisierungsmethoden für Silica-Partikel auf die Zinksilicatoberflächen zu übertragen. Die Nanopartikel wurden durch kovalentes Anbinden des Aminosilans N-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]diethylentriamin (TRIAMO) über die Silanisierungsmethode modifiziert (siehe auch
Diese Messung zeigte deutlich die Veränderung der Oberflächeneigenschaften durch die Reaktion mit TRIAMO. Der isoelektrische Punkt (IEP), der bei einem pH-Wert von 3,1 für das anfängliche nicht-modifizierte SiO2@Zn2SiO4:Mn2+-Kern-Schale-Nanopartikel erhalten wurde, liegt nahe bei den Werten, die für reine Silica-Partikel berichtet wurden (
Gemäß den oben stehenden Ausführungen ist es möglich, redispergierbare Kern-Schale-strukturierte lumineszente Nanopartikel mit Partikelgrößen in einem Bereich von 10 und 290, bevorzugt 75 und 260 nm erfolgreich über einen Sol-Gel-Prozess, der von einem Sinterschritt bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, herzustellen. Die Kristallstrukturen der Schale und die Photolumineszenz-Intensität der Kern-Schale-Nanopartikel kann durch Auswahl der Sinterbedingungen und Variierung der Konzentration des zur Dotierung verwendeten Metalls, beispielsweise Mn2+, eingestellt werden. Bei Temperaturen über 800°C, bevorzugt 900°C bildet sich die Schale, die bevorzugt α-Zn2SiO4 darstellt, die durch eine lange Lebensdauer der Emission von Lumineszenz, beispielsweise Mn2+ bei einer Wellenlänge von 525 nm, gekennzeichnet ist.As discussed above, redispersible core-shell-structured luminescent nanoparticles having particle sizes in the range of 10 and 290, preferably 75 and 260 nm, are successfully via a sol-gel process performed by a sintering step at high temperatures to manufacture. The crystal structures of the shell and the photoluminescence intensity of the core-shell nanoparticles can be adjusted by selecting the sintering conditions and varying the concentration of the metal used for the doping, for example Mn 2+ . At temperatures above 800 ° C., preferably 900 ° C., the shell forms, which preferably represents α-Zn 2 SiO 4 , which is characterized by a long lifetime of the emission of luminescence, for example Mn 2+ at a wavelength of 525 nm.
Die erfolgreiche zusätzliche Funktionalisierung der Nanopartikeloberflächen legt nahe, dass im Prinzip die konventionellen Silanisierungsmethoden bei der Modifizierung von Zn2SiO4:Mn2+-basierten Nanopartikeln verwendet werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Nanopartikel von kontrollierter Partikelgröße, Morphologie, Kristallstruktur und optischen Eigenschaften hergestellt werden, ebenso kann die Aggregation der Nanopartikel sowie deren Agglomeration kontrolliert werden. Darüberhinaus bietet die vorliegende Erfindung beträchtliche Anwendungsmöglichkeiten der lumineszenten Nanopartikel in verschiedenen biotechnologischen Applikationen.The successful additional functionalization of nanoparticle surfaces suggests that, in principle, conventional silanization methods can be used to modify Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ -based nanoparticles. According to the present invention, nanoparticles of controlled particle size, morphology, crystal structure and optical properties can be prepared, as well as the aggregation of the nanoparticles and their agglomeration can be controlled. Moreover, the present invention offers considerable potential applications of the luminescent nanoparticles in various biotechnological applications.
Beispielexample
Herstellung von monodispersen Silica-Kernen:Preparation of monodisperse silica cores:
Monodisperse Silica-Kerne wurden durch die modifizierte Stoeber-Methode (
Herstellung von SiO2@Zn2SiO4-Kern-Schale-Nanopartikeln:Preparation of SiO 2 @Zn 2 SiO 4 Core Shell Nanoparticles:
Die Oberflächenbeschichtung mit einer Mn2+-dotierten Zinksilicatschicht wurde durch einen modifizierten Pechini-Prozess (
Oberflächenmodifikation:Surface modification:
Die folgenden Schritte wurden in einer Argonatmosphäre ausgeführt. 5,73 ml Ammoniumhydroxid und 44,6 μl (173 μmol) TRIAMO wurden zu einer Dispersion von 1,00 g der Kern-Schale-Nanopartikel in Ethanol, die durch einen oben erwähnten Beschichtungsprozess hergestellt wurden, zugegeben. Die Lösung wurde über 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die aminofunktionalisierten Nanopartikel wurden abzentrifugiert und dreimal mit Ethanol gewaschen. Um die Carboxylfunktionalitäten auf der Nanopartikeloberfläche auszubilden, wurden 100 mg der aminofunktionalisierten Nanopartikel in THF (70 ml) überführt. 6 ml Succinsäureanhydridlösung in THF (2 mol/l) wurden zu der Nanopartikelsuspension unter Schallbeaufschlagung zugegeben. Die Suspension wurde über 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die resultierenden carboxylmodifizierten Nanopartikel wurden dreimal gründlich in deionisiertem Wasser gewaschen.The following steps were carried out in an argon atmosphere. 5.73 ml of ammonium hydroxide and 44.6 μl (173 μmol) of TRIAMO were added to a dispersion of 1.00 g of the core-shell nanoparticles in ethanol prepared by a coating process mentioned above. The solution was stirred for 16 h at room temperature. The amino-functionalized nanoparticles were centrifuged off and washed three times with ethanol. To form the carboxyl functionalities on the nanoparticle surface, 100 mg of the amino-functionalized nanoparticles were transferred to THF (70 ml). 6 ml succinic anhydride solution in THF (2 mol / l) was added to the nanoparticle suspension with sonication. The suspension was stirred for 16 h at room temperature. The resulting carboxyl-modified nanoparticles were washed three times thoroughly in deionized water.
Anwendungsbeispiel:Example of use:
Dabei wurde in Zn2SiO4:Mn2+ (5 mol-%) Probe PSL gemessen.In this case, Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (5 mol%) of PSL was measured.
Die Probe wurde mit einer Xenon Blitzlampe durch 260 nm Interferenzfilter für 1 Minute bestrahlt.
Repetitionsrate 10 Hz, Impulsenergie 18 Microjoule, Pulsdauer 4 Microsekunden, bestrahlte Fläche ca. 1,5 cm2. Energiedosis ca. 7 mJ/cm2.The sample was irradiated with a xenon flash lamp through 260 nm interference filters for 1 minute.
Zum Stimulieren wurde eine rote LED mit der Wellenlänge 640 nm benutzt.
Leistungsdichte ca. 2,5 mW/cm2.For stimulation, a red LED with the wavelength 640 nm was used.
Power density approx. 2.5 mW / cm 2 .
Die Abbildung zeigt auch Nachleuchten (Phosphoreszenz). Auch nach einige Minuten, wenn Nachleuchten schon weg ist, kann man PSL messen.The picture also shows afterglow (phosphorescence). Even after a few minutes, if afterglow is already gone, you can measure PSL.
Die Messkurve ist in
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