The spectroscopic properties of different infrared-emitting neodymium-doped nanoparticles (LaF3:Nd3+, SrF2:Nd3+, NaGdF4: Nd3+, NaYF4: Nd3+, KYF4: Nd3+, GdVO4: Nd3+, and Nd:YAG) have been systematically analyzed. A comparison of the spectral shapes of both emission and absorption spectra is presented, from which the relevant role played by the host matrix is evidenced. The lack of a “universal” optimum system for infrared bioimaging is discussed, as the specific bioimaging application and the experimental setup for infrared imaging determine the neodymium-doped nanoparticle to be preferentially used in each case.
References
1.
D. W.
Hedley
, M. L.
Friedlander
, I. W.
Taylor
, C. A.
Rugg
, and E. A.
Musgrove
, J. Histochem. Cytochem.
31
(11
), 1333
–1335
(1983
).2.
3.
C.
Xu
, W.
Zipfel
, J. B.
Shear
, R. M.
Williams
, and W. W.
Webb
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
93
(20
), 10763
–10768
(1996
).4.
G. A.
Wagnieres
, W. M.
Star
, and B. C.
Wilson
, Photochem. Photobiol.
68
(5
), 603
–632
(1998
).5.
J. H.
Rao
, A.
Dragulescu–Andrasi
, and H. Q.
Yao
, Curr. Opin. Biotechnol.
18
(1
), 17
–25
(2007
).6.
N.
Tagaya
, R.
Yamazaki
, A.
Nakagawa
, A.
Abe
, K.
Hamada
, K.
Kubota
, and T.
Oyama
, Am. J. Surg.
195
(6
), 850
–853
(2008
).7.
W.
Stummer
, U.
Pichlmeier
, T.
Meinel
, O. D.
Wiestler
, F.
Zanella
, H.-J.
Reulen
, and A.-G. S.
Group
, Lancet Oncol.
7
(5
), 392
–401
(2006
).8.
G. M.
van Dam
, G.
Themelis
, L. M.
Crane
, N. J.
Harlaar
, R. G.
Pleijhuis
, W.
Kelder
, A.
Sarantopoulos
, J. S.
de Jong
, H. J.
Arts
, and A. G.
van der Zee
, Nat. Med.
17
(10
), 1315
–1319
(2011
).9.
A.
Nakayama
, F.
del Monte
, R. J.
Hajjar
, and J. V.
Frangioni
, Mol. Imaging
1
(4
), 365
–377
(2002
).10.
M.
Sekijima
, T.
Tojimbara
, S.
Sato
, M.
Nakamura
, T.
Kawase
, K.
Kai
, Y.
Urashima
, I.
Nakajima
, S.
Fuchinoue
, and S.
Teraoka
, Presented at the Transplantation Proceedings
(2004
).11.
E.
Carrasco
, B.
del Rosal
, F.
Sanz-Rodríguez
, Á. J.
de la Fuente
, P. H.
Gonzalez
, U.
Rocha
, K. U.
Kumar
, C.
Jacinto
, J. G.
Solé
, and D.
Jaque
, Adv. Funct. Mater.
25
(4
), 615
–626
(2015
).12.
J. V.
Frangioni
, Curr. Opin. Chem. Biol.
7
(5
), 626
–634
(2003
).13.
S.
Andersson-Engels
, C. A.
Klinteberg
, K.
Svanberg
, and S.
Svanberg
, Phys. Med. Biol.
42
(5
), 815
(1997
).14.
E. A.
te Velde
, T.
Veerman
, V.
Subramaniam
, and T.
Ruers
, Eur. J. Surg. Oncol.
36
(1
), 6
–15
(2010
).15.
P.
Sharma
, S.
Brown
, G.
Walter
, S.
Santra
, and B.
Moudgil
, Adv. Colloid Interface Sci.
123–126
, 471
–485
(2006
).16.
U.
Resch-Genger
, M.
Grabolle
, S.
Cavaliere-Jaricot
, R.
Nitschke
, and T.
Nann
, Nat. Methods
5
(9
), 763
–775
(2008
).17.
D.
Jaque
, L. M.
Maestro
, B.
del Rosal
, P.
Haro-Gonzalez
, A.
Benayas
, J. L.
Plaza
, E. M.
Rodriguez
, and J. G.
Sole
, Nanoscale
6
(16
), 9494
–9530
(2014
).18.
X. H.
Gao
, Y. Y.
Cui
, R. M.
Levenson
, L. W. K.
Chung
, and S. M.
Nie
, Nat. Biotechnol.
22
(8
), 969
–976
(2004
).19.
D. R.
Larson
, W. R.
Zipfel
, R. M.
Williams
, S. W.
Clark
, M. P.
Bruchez
, F. W.
Wise
, and W. W.
Webb
, Science
300
(5624
), 1434
–1436
(2003
).20.
M. F.
Tsai
, S. H.
Chang
, F. Y.
Cheng
, V.
Shanmugam
, Y. S.
Cheng
, C. H.
Su
, and C. S.
Yeh
, ACS Nano
7
(6
), 5330
–5342
(2013
).21.
S.-T.
Yang
, L.
Cao
, P. G.
Luo
, F.
Lu
, X.
Wang
, H.
Wang
, M. J.
Meziani
, Y.
Liu
, G.
Qi
, and Y.-P.
Sun
, J. Am. Chem. Soc.
131
(32
), 11308
–11309
(2009
).22.
K.
Welsher
, S. P.
Sherlock
, and H.
Dai
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
108
(22
), 8943
–8948
(2011
).23.
Q.
Zhao
, K.
Li
, S.
Chen
, A.
Qin
, D.
Ding
, S.
Zhang
, Y.
Liu
, B.
Liu
, J. Z.
Sun
, and B. Z.
Tang
, J. Mater. Chem.
22
(30
), 15128
–15135
(2012
).24.
R.
Kumar
, M.
Nyk
, T. Y.
Ohulchanskyy
, C. A.
Flask
, and P. N.
Prasad
, Adv. Funct. Mater.
19
(6
), 853
–859
(2009
).25.
A. M.
Smith
, M. C.
Mancini
, and S.
Nie
, Nat. Nanotechnol.
4
(11
), 710
–711
(2009
).26.
R.
Weissleder
, Nat. Biotechnol.
19
(4
), 316
–317
(2001
).27.
S.
Stolik
, J.
Delgado
, A.
Perez
, and L.
Anasagasti
, J. Photochem. Photobiol. B: Biol.
57
(2
), 90
–93
(2000
).28.
J.
Zhou
, Y.
Sun
, X.
Du
, L.
Xiong
, H.
Hu
, and F.
Li
, Biomaterials
31
(12
), 3287
–3295
(2010
).29.
J. T.
Robinson
, G.
Hong
, Y.
Liang
, B.
Zhang
, O. K.
Yaghi
, and H.
Dai
, J. Am. Chem. Soc.
134
(25
), 10664
–10669
(2012
).30.
G.
Chen
, J.
Shen
, T. Y.
Ohulchanskyy
, N. J.
Patel
, A.
Kutikov
, Z.
Li
, J.
Song
, R. K.
Pandey
, H.
Ågren
, and P. N.
Prasad
, ACS Nano
6
(9
), 8280
–8287
(2012
).31.
L. M.
Maestro
, P.
Haro—Gonzalez
, B.
del Rosal
, J.
Ramiro
, A. J.
Caamano
, E.
Carrasco
, A.
Juarranz
, F.
Sanz-Rodriguez
, J. G.
Sole
, and D.
Jaque
, Nanoscale
5
(17
), 7882
–7889
(2013
).32.
G. H.
Dieke
, H. M.
Crosswhite
, and H.
Crosswhite
, Spectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals
(Interscience Publishers
, New York
, 1968
).33.
G.
Chen
, T. Y.
Ohulchanskyy
, S.
Liu
, W.-C.
Law
, F.
Wu
, M. T.
Swihart
, H.
Ågren
, and P. N.
Prasad
, ACS Nano
6
(4
), 2969
–2977
(2012
).34.
U.
Rocha
, C.
Jacinto da Silva
, W.
Ferreira Silva
, I.
Guedes
, A.
Benayas
, L.
Martínez Maestro
, M.
Acosta Elias
, E.
Bovero
, F. C. J. M.
van Veggel
, J. A.
García Solé
, and D.
Jaque
, ACS Nano
7
(2
), 1188
–1199
(2013
).35.
U.
Rocha
, K. U.
Kumar
, C.
Jacinto
, I.
Villa
, F.
Sanz-Rodríguez
, M.
del Carmen Iglesias de la Cruz
, A.
Juarranz
, E.
Carrasco
, F. C. J. M.
van Veggel
, E.
Bovero
, J. G.
Solé
, and D.
Jaque
, Small
10
(6
), 1141
–1154
(2014
).36.
I.
Villa
, A.
Vedda
, I. X.
Cantarelli
, M.
Pedroni
, F.
Piccinelli
, M.
Bettinelli
, A.
Speghini
, M.
Quintanilla
, F.
Vetrone
, U.
Rocha
, C.
Jacinto
, E.
Carrasco
, F.
Rodríguez
, Á.
Juarranz
, B.
del Rosal
, D.
Ortgies
, P.
Gonzalez
, J.
Solé
, and D.
García
, Nano Res.
8
(2
), 649
–665
(2015
).37.
A.
Bednarkiewicz
, D.
Wawrzynczyk
, M.
Nyk
, and W.
Strek
, Appl. Phys. B, Lasers Opt.
103
(4
), 847
–852
(2011
).38.
E.
Samsonova
, A.
Popov
, A.
Vanetsev
, K.
Keevend
, K.
Kaldvee
, L.
Puust
, A.
Baranchikov
, A.
Ryabova
, S.
Fedorenko
, and V.
Kiisk
, “Fluorescence quenching mechanism for water-dispersible Nd3+:KYF4 nanoparticles synthesized by microwave-hydrothermal technique
,” J. Lumin.
(published online).39.
T. V.
Gavrilović
, D. J.
Jovanović
, V.
Lojpur
, and M. D.
Dramićanin
, Sci. Rep.
4
, 4209
(2014
).40.
A.
Benayas
, B.
del Rosal
, A.
Pérez-Delgado
, K.
Santacruz-Gómez
, D.
Jaque
, G. A.
Hirata
, and F.
Vetrone
, Adv. Opt. Mater.
3
(5
), 687
–694
(2015
).41.
M.
Pedroni
, F.
Piccinelli
, T.
Passuello
, M.
Giarola
, G.
Mariotto
, S.
Polizzi
, M.
Bettinelli
, and A.
Speghini
, Nanoscale
3
(4
), 1456
–1460
(2011
).42.
M.
Wang
, J.-L.
Liu
, Y.-X.
Zhang
, W.
Hou
, X.-L.
Wu
, and S.-K.
Xu
, Mater. Lett.
63
(2
), 325
–327
(2009
).43.
H.
Liang
, K. T.
Vu
, P.
Krishnan
, T. C.
Trang
, D.
Shin
, S.
Kimel
, and M. W.
Berns
, Biophys. J.
70
(3
), 1529
(1996
).44.
K.
König
, H.
Liang
, M. W.
Berns
, and B. J.
Tromberg
, Opt. Lett.
21
(14
), 1090
–1092
(1996
).45.
46.
T.
Kushida
, H.
Marcos
, and J.
Geusic
, Phys. Rev.
167
(2
), 289
(1968
).47.
G. W.
Burdick
, C.
Jayasankar
, F.
Richardson
, and M. F.
Reid
, Phys. Rev. B
50
(22
), 16309
(1994
).48.
D.
Wawrzynczyk
, A.
Bednarkiewicz
, M.
Nyk
, W.
Strek
, and M.
Samoc
, Nanoscale
4
(22
), 6959
–6961
(2012
).49.
E. V.
Samsonova
, A. V.
Popov
, A. S.
Vanetsev
, K.
Keevend
, E. O.
Orlovskaya
, V.
Kiisk
, S.
Lange
, U.
Joost
, K.
Kaldvee
, U.
Mäeorg
, N. A.
Glushkov
, A. V.
Ryabova
, I.
Sildos
, V. V.
Osiko
, R.
Steiner
, V. B.
Loschenov
, and Y. V.
Orlovskii
, Phys. Chem. Chem. Phys.
16
(48
), 26806
–26815
(2014
).50.
G. A.
Kumar
, C. W.
Chen
, J.
Ballato
, and R. E.
Riman
, Chem. Mater.
19
, 1523
–1528
(2007
).51.
W. D.
Horrocks
and D. R.
Sudnick
, J. Am. Chem. Soc.
101
(2
), 334
–340
(1979
).52.
Y. V.
Orlovskii
, A.
Popov
, V.
Platonov
, S.
Fedorenko
, I.
Sildos
, and V.
Osipov
, J. Lumin.
139
, 91
–97
(2013
).53.
S.
Tanabe
, H.
Hayashi
, T.
Hanada
, and N.
Onodera
, Opt. Mater.
19
(3
), 343
–349
(2002
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
