Jul 17, 2023
Scala di efficienza per la diffusione di particelle luminescenti legata a proprietà spettroscopiche fondamentali e misurabili
Scientific Reports volume 13, numero articolo: 6254 (2023) Cita questo articolo 514 Accessi Dettagli metriche Confronto delle prestazioni di luminofori molecolari e su scala nanometrica e micro- e luminescenti
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Il confronto delle prestazioni dei luminofori molecolari e su scala nanometrica e delle micro e nanoparticelle luminescenti e la stima delle ampiezze del segnale ottenibili e dei limiti di rilevamento richiedono una scala di intensità standardizzabile. Ciò ha avviato lo sviluppo delle relative scale MESF (numero di molecole di fluorocromi solubili equivalenti) ed ERF (fluorofori di riferimento equivalenti) per la citometria a flusso e la microscopia a fluorescenza. Entrambe le scale di intensità si basano sui valori di intensità di fluorescenza assegnati alle sfere di calibrazione fluorescenti mediante un confronto di intensità con soluzioni di fluoroforo spettralmente molto simili di concentrazione nota utilizzando uno spettrofluorimetro. In alternativa, è possibile determinare la luminosità del luminoforo o della perla (B) che è uguale al prodotto della sezione trasversale di assorbimento (σa) alla lunghezza d'onda di eccitazione (σa(λex)) e alla resa quantica della fotoluminescenza (Φpl). In tal modo, è possibile realizzare una scala assoluta basata su proprietà spettroscopiche fondamentali e misurabili che è indipendente dalla dimensione delle particelle, dal materiale e dalla densità di colorazione o etichettatura dei luminofori e considera la sensibilità delle proprietà ottiche dei luminofori al loro ambiente. Con l'obiettivo di stabilire una tale scala di luminosità per le dispersioni di diffusione della luce di particelle luminescenti con dimensioni superiori a poche decine di nanometri, dimostriamo come la luminosità di particelle di polistirene (PSP) quasi monodisperse di dimensioni 25 nm, 100 nm e 1 µm, caricate con due coloranti diversi in concentrazioni variabili, possono essere ottenuti con un'unica configurazione di sfera integratrice progettata su misura che consente la determinazione assoluta di Φpl e misurazioni di trasmittanza e riflettanza diffusa. I risultanti Φpl, σa(λex), le parti immaginarie dell'indice di rifrazione e i valori B calcolati di questi campioni vengono forniti in dipendenza del numero di molecole di colorante incorporate per particella. Infine, viene definita un'efficienza di luminescenza (LE) senza unità consentendo il confronto diretto delle efficienze di luminescenza di particelle di dimensioni diverse.
Negli ultimi decenni, nanoparticelle (NP) e microparticelle (MP), colorate o codificate con diversi tipi di luminofori molecolari e nanocristallini, sono state sempre più utilizzate nelle scienze della vita e dei materiali. Le applicazioni tipiche spaziano dai reporter ottici per test di fluorescenza e sistemi di bioimaging e di somministrazione di farmaci, oltre a tag di autenticazione stampabili e piattaforme basate su microsfere per citometria a flusso, microscopia a fluorescenza e immunoseparazione, fino a sensori di particelle e strumenti di calibrazione per diversi metodi di fluorescenza, in particolare per citometria a flusso1 ,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. La maggior parte dei metodi di fluorescenza che sfruttano NP e MP emissive come la spettroscopia di fluorescenza, la microfluorometria, la microscopia a fluorescenza e la citometria a flusso misurano solo le intensità di fluorescenza relative specifiche dello strumento14. Il confronto affidabile delle misurazioni della fluorescenza tra diversi strumenti e diversi laboratori richiede una calibrazione dello strumento per determinare e considerare i contributi del segnale specifico dello strumento come la reattività spettrale dipendente dalla lunghezza d'onda del canale di rilevamento dello strumento, che influenza gli spettri di emissione misurati15,16. Per la quantificazione, ad esempio, di analiti o il confronto di diversi campioni fluorescenti con diverse tecniche di fluorescenza, comunemente viene eseguita una calibrazione relativa della scala di intensità della fluorescenza utilizzando soluzioni fluoroforiche con concentrazioni note, proprietà di luminescenza e in particolare spettri di emissione che si avvicinano strettamente a quelli del campione utilizzando le stesse impostazioni dello strumento applicate per la misurazione del campione17. Ciò è semplice per campioni luminescenti trasparenti, ad esempio applicazioni di rilevamento o quantificazione di luminofori con tecniche di separazione cromatografica come la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) con rilevamento di fluorescenza, ma è impegnativo per i sistemi di diffusione della luce. Tuttavia, la maggior parte delle dispersioni di NP e MP fluorescenti ampiamente utilizzate diffondono la luce di eccitazione, a seconda delle loro dimensioni, dell'indice di rifrazione e dell'ambiente delle particelle. Ciò può influenzare la loro caratterizzazione fluorimetrica e in particolare le misurazioni delle loro caratteristiche di assorbimento con i comuni spettrofotometri e spettrofluorimetri progettati per la misurazione di campioni trasparenti.
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