La conversión ascendente se utiliza ampliamente en varios campos por su capacidad para convertir fotones de baja energía, generalmente en el espectro infrarrojo o infrarrojo cercano, en fotones de mayor energía, como la luz visible o ultravioleta. Uno de los principales usos de la ampliación es en aplicaciones de detección e imágenes biomédicas. Al convertir la luz infrarroja cercana de penetración profunda en luz visible, la conversión ascendente permite mejorar la profundidad y resolución de las imágenes en tejidos biológicos. Esta capacidad es crucial para técnicas de imagen no invasivas, diagnósticos y terapias dirigidas donde se requiere alta sensibilidad y resolución espacial. Además, el escalado se utiliza en telecomunicaciones, energía fotovoltaica y monitoreo ambiental para una recolección de luz y transmisión de datos eficientes.
Las ventajas del aumento de escala radican en su capacidad para aprovechar la luz infrarroja, que puede penetrar tejidos y materiales de manera más efectiva que la luz visible, y convertirla en fotones de mayor energía fácilmente detectables. Este proceso mejora la sensibilidad y reduce el ruido de fondo en aplicaciones de imágenes y sensores. Los materiales de conversión ascendente también exhiben una alta fotoestabilidad, lo que permite un funcionamiento prolongado sin una degradación significativa de la intensidad de la fluorescencia. Además, la conversión positiva permite la detección multiplexada al ajustar las longitudes de onda de emisión de los materiales, lo que permite la detección simultánea de múltiples objetivos o biomarcadores en muestras biológicas.
La principal diferencia entre conversión cruzada y conversión descendente está en la dirección de la conversión de energía de los fotones. La conversión ascendente implica convertir fotones de menor energía (por ejemplo, infrarrojos) en fotones de mayor energía (por ejemplo, visible o ultravioleta) mediante un proceso óptico no lineal. Este proceso normalmente requiere varios pasos de absorción de fotones y transferencia de energía en el material. Por el contrario, una conversión más baja convierte fotones de mayor energía en fotones de menor energía, como la conversión de luz ultravioleta en luz visible en materiales de fósforo o tintes fluorescentes utilizados en pantallas e iluminación. Los procesos de conversión descendente también se utilizan en ensayos basados en fluorescencia y técnicas de imagen donde la luz emitida tiene menor energía que la luz de excitación absorbida.
La conversión ascendente de fluorescencia se refiere a una técnica específica en la que se utilizan materiales de conversión ascendente para convertir la luz infrarroja en luz visible o ultravioleta, que luego se detecta mediante métodos de detección basados en fluorescencia. En esta técnica, las nanopartículas o materiales de conversión ascendente absorben dos o más fotones de menor energía (por ejemplo, infrarrojo cercano) y emiten un solo fotón de mayor energía (por ejemplo, visible o ultravioleta) con características de fluorescencia. Esto permite sensores e imágenes sensibles en aplicaciones biológicas y médicas donde se requiere una penetración profunda en el tejido y una alta resolución espacial. La conversión positiva de fluorescencia es ventajosa para reducir la autofluorescencia y el fondo en comparación con las técnicas tradicionales de imágenes de fluorescencia.
El proceso de conversión positiva de fotones implica varios pasos en los materiales de conversión ascendente. Inicialmente, el material de conversión ascendente absorbe varios fotones de menor energía de forma simultánea o secuencial, excitando electrones a estados de mayor energía en la estructura de bandas de energía del material. Estos electrones excitados luego se someten a procesos de relajación no radiativos para alcanzar niveles de energía intermedios antes de emitir un solo fotón con mayor energía que los fotones absorbidos. Este proceso de emisión normalmente da como resultado una emisión de fluorescencia o fosforescencia en longitudes de onda específicas determinadas por la composición del material y los niveles de energía. Los procesos de conversión de fotones no son lineales y dependen de una combinación precisa de energía entre las energías de los fotones y las bandas prohibidas del material para lograr una conversión y emisiones eficientes.