Brightening of Long, Polymer-Wrapped Carbon Nanotubes by sp3^{3} Functionalization in Organic Solvents

The functionalization of semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with sp$^{3}$ defects that act as luminescent exciton traps is a powerful means to enhance their photoluminescence quantum yield (PLQY) and to add optical properties. However, the synthetic methods employed to introduce these defects are so far limited to aqueous dispersions of surfactant-coated SWNTs, often with short tube lengths, residual metallic nanotubes and poor film formation properties. In contrast to that, dispersions of polymer-wrapped SWNTs in organic solvents feature unrivaled purity, higher PLQY and are easily processed into thin films for device applications. Here, we introduce a simple and scalable phase-transfer method to solubilize diazonium salts in organic nonhalogenated solvents for the controlled reaction with polymer-wrapped SWNTs to create luminescent aryl defects. Absolute PLQY measurements are applied to reliably quantify the defect-induced brightening. The optimization of defect density and trap depth results in PLQYs of up to 4 % with 90 % of photons emitted through the defect channel. We further reveal the strong impact of initial SWNT quality and length on the relative brightening by sp$^{3}$ defects. The efficient and simple production of large quantities of defect-tailored polymer-sorted SWNTs enables aerosol-jet printing and spin-coating of thin films with bright and nearly reabsorption-free defect emission, which are desired for carbon nanotube-based near-infrared light-emitting devices

Vapor phase mediated cellular uptake of sub 5 nm nanoparticles

Nanoparticles became an important and wide-used tool for cell imaging because of their unique optical properties. Although the potential of nanoparticles (NPs) in biology is promising, a number of questions concerning the safety of nanomaterials and the risk/benefit ratio of their usage are open. Here, we have shown that nanoparticles produced from silicon carbide (NPs) dispersed in colloidal suspensions are able to penetrate into surrounding air environment during the natural evaporation of the colloids and label biological cells via vapor phase. Natural gradual size-tuning of NPs in dependence to the distance from the NP liquid source allows progressive shift of the fluorescence color of labeled cells in the blue region according to the increase of the distance from the NP suspension. This effect may be used for the soft vapor labeling of biological cells with the possibility of controlling the color of fluorescence. However, scientists dealing with the colloidal NPs have to seriously consider such a NP's natural transfer in order to protect their own health as well as to avoid any contamination of the control samples

Nanohybrid for Photodynamic Therapy and Fluorescence Imaging Tracking without Therapy

Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNP) son candidatas ideales para su aplicación en la medicina personalizada. El objetivo de este trabajo es obtener un nanomaterial de interés para Terapia Fotodinámica, así como poder rastrear la nanopartícula de forma independiente (esto es, sin producir daño celular). Para ello, en este trabajo hemos preparado un nanohíbrido que comprende nanopartícula de upconversion dopada con erbio y tulio (UCNPErTm y el fluoróforo 1,8-naphthalimide (NI). El nanohíbrido UCYbErTm@PP/NI no muestra citotoxicidad y es fotooestable en el UV/VIS. Sin embargo, el nanohíbrido presenta elevada eficiencia para Terapia Fotodinámica tras su excitación en el NIR (ca. 980 nm), lo que permite inducir la muerte de células cancerosas: así, las células presentan los signos típicos de estrés oxidativo debido a la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) inducida por la luz NIR. Cabe destacar que el nanohíbrido puede ser rastreado siguiendo la fluorescencia naranja de la 1,8-naphthalimide tras su excitación selectiva a longitudes de onda NIR (a 808 nm), donde el UCNP no absorbe, permitiendo así el rastreo del nanohíbrido sin producir Terapia Fotodinámica (PDT en inglés). Esta estrategia abre nuevas alternativas para un diagnóstico antitumoral exitoso y no invasivo

Optical Absorption and Luminescence of Gd3Ga5O12:Cr,MgGd_{3}Ga_{5}O_{12}:Cr,Mg Epitaxial Films

The optical absorption, emission spectra and luminescence decay kinetics under photoexcitation of $Gd_{3}Ga_{5}O_{12}$ (GGG) garnet epitaxial films doped with $Cr^{3+}$ ions and co-doped with $Cr^{3+}$ and $Mg^{2+}$ ions have been investigated. Luminescence of the GGG:Cr films due to $\text{}^{4}T_{2}$ → $\text{}^{4}A_{2}$ and $\text{}^{2}E$ → $\text{}^{4}A_{2}$ transitions in $Cr^{3+}$ ions have been observed. Increase of the activator ions concentration has an influence on the intensity and decay time of $Cr^{3+}$ ions photoluminescence. Introduction of the magnesium ions leads to partial transformation of chromium valence state $(Cr^{3+} \rightarrow Cr^{4+})$ and to the appearance of a broad absorption band with the maximum at 860 nm. The narrow lines with luminescence maxima at 704 and 706 nm have arisen in the highly doped GGG:Cr,Mg films

Экстракция органосольвентной целлюлозы и получение наноцелюлозы из волокон конопель

Background. The use of cellulose and nanocellulose instead of synthetic polymers makes it possible to improve the consumer properties and environmental friendliness of composite materials. Therefore, the development of technologies for the production of organosolv pulp and nanocellulose from plant raw materials, in particular from hemp fibres, is an urgent scientific and practical problem. Objective. The purpose of the paper is to obtain pulp from hemp fibres by the peracetic method and to study the effect of the concentration of sulfuric acid and the temperature of hydrolysis of organosolv pulp on the quality parameters of hemp nanocellulose. Methods. Treatment of hemp fibres was performed in two stages: alkaline extraction and organosolv cooking at a temperature of 97 ± 2 °C. Nanocellulose was obtained by hydrolysis with a solution of sulfuric acid of various concentra tions. The resulting nanocellulose was examined by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and atomic force microscopy (AFM). Results. Organosolv hemp pulp with a residual lignin content of 0.16% and an ash content of 0.08% was obtained. The nanocellulose particles obtained from it had a transverse size of 8–36 nanometers and a length of several micrometers. Nanocellulose films had high mechanical properties: density up to 1.54 g/cm3 and tensile strength up to 60 MPa. Conclusions. Carrying out thermochemical treatment of hemp fibres in two stages makes it possible to obtain pulp with a minimum residual content of lignin and minerals, which is suitable for the production of nanocellulose. Nanocellulose has been successfully isolated from organosolv hemp pulp by acid hydrolysis. Subsequent ultrasonic treatment allows obtaining a stable nanocellulose gel with high mechanical properties.Проблематика. Застосування замість синтетичних полімерів целюлози та наноцелюлози дає можливість покращити споживчі властивості та екологічність композитних матеріалів. Тому розробка технологій отримання з рослинної сировини, зокрема волокон конопель, органосольвентної целюлози та наноцелюлози є актуальною науково-практичною проблемою. Мета дослідження. Отримати целюлозу з волокон конопель пероцтовим методом та вивчити вплив концентрації сульфатної кислоти та температури гідролізу органосольвентної целюлози на показники якості конопляної наноцелюлози. Методика реалізації. Обробку волокон конопель виконували в дві стадії: лужна екстракція й органосольвентне варіння за температури 97 ± 2 °C. Наноцелюлозу отримували шляхом гідролізу органосольвентної целюлози розчином сульфатної кислоти різної концентрації. Отриману наноцелюлозу досліджували методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), інфрачервоної спектроскопії з Фур’є перетворенням (FTIR), атомною силовою мікроскопією (AFM). Результати дослідження. Отримано органосольвентну конопляну целюлозу із залишковим вмістом лігніну 0,16 % і зольністю 0,08 %. Одержані з неї частинки наноцелюлози мали поперечний розмір 8–23 нанометрів і довжину до декількох мікрометрів. Наноцеллюлозні плівки мали високі механічні показники: щільність до 1,54 г/см3 і міцність на розрив до 60 МПа. Висновки. Проведення термохімічної обробки волокон конопель у два етапи дає можливість отримати целюлозу з мінімальним залишковим вмістом лігніну та мінералів, яка придатна для виробництва наноцелюлози. Наноцелюлоза була успішно виділена з органосольвентної конопляної целюлози за допомогою процесу кислотного гідролізу. Подальша ультразвукова обробка дає можливість отримати стабільний наноцелюлозний гель з високими механічними властивостями.Проблематика. Применение вместо синтетических полимеров целлюлозы и наноцеллюлозы дает возможность улучшить потребительские свойства и экологичность композитных материалов. Поэтому разработка технологий получения из растительного сырья, в частности из волокон конопли, органосольвентной целлюлозы и наноцелюлозы является актуальной научно-практической проблемой. Цель исследования. Получить целлюлозу из волокон конопли перуксусным методом и изучить влияние концентрации серной кислоты и температуры гидролиза органосольвентной целлюлозы на показатели качества конопляной наноцеллюлозы. Методика реализации. Обработку волокон конопли производили в две стадии: щелочная экстракция и органосольвентная варка при температуре 97 ± 2 °C. Наноцеллюлозу получали путем гидролиза раствором серной различной концентрации. Полученную наноцеллюлозу исследовали методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), инфракрасной спектроскопии с Фурье-превращением (FTIR), атомной силовой микроскопией (AFM). Результаты исследования. Получена органосольвентная конопляная целлюлоза с остаточным содержанием лигнина 0,16 % и зольностью 0,08 %. Образовавшиеся в процессе гидролиза частицы наноцеллюлозы имели поперечный размер 8–23 нанометров и длину до нескольких микрометров. Наноцеллюлозные пленки обладали высокими механическими свойствами: плотностью до 1,54 г/см3 и прочностью на разрыв до 60 МПа. Выводы. Проведение термохимической обработки волокон конопли в два этапа позволяет получить целлюлозу с минимальным остаточным содержанием лигнина и минералов, которая пригодна для производства наноцеллюлозы. Наноцеллюлоза была успешно выделена из органосольвентной конопляной целлюлозы посредством процесса кислотного гидролиза. Последующая ультразвуковая обработка позволяет получить стабильный наноцеллюлозный гель с высокими механическими свойствами