Los materiales de conversión ascendente se refieren a sustancias o compuestos que tienen la capacidad de convertir fotones de menor energía (generalmente infrarrojos o infrarrojos cercanos) en fotones de mayor energía (luz visible o ultravioleta) mediante un proceso no óptico lineal. Este proceso implica absorber dos o más fotones de baja energía y emitir un solo fotón con mayor energía. Los materiales de conversión ascendente a menudo consisten en iones de tierras raras dopados en materiales anfitriones como cristales o nanopartículas, donde los niveles de energía y las transiciones electrónicas permiten una conversión eficiente de fotones.
Top bypass se utiliza para diversas aplicaciones en todos los campos, como la óptica, la fotónica y las ciencias biomédicas. En óptica y fotónica, los materiales de conversión ascendente se utilizan para convertir la luz infrarroja en luz visible, lo que permite una mayor sensibilidad de los sistemas de imágenes y sensores que operan en el espectro del infrarrojo cercano. En aplicaciones biomédicas, la conversión ascendente se utiliza para bioimagen, donde permite una penetración más profunda en el tejido y una autofluorescencia reducida en comparación con las técnicas de imagen de fluorescencia convencionales. La ampliación de escala también se utiliza en la energía fotovoltaica para mejorar la eficiencia de las células solares al recolectar luz infrarroja que los materiales convencionales no pueden absorber.
Los materiales utilizados en la conversión ascendente de fotones suelen incluir elementos de tierras raras como erbio (ER), iterbio (YB) y tulio (TM), dopados en matrices huésped como óxido de itrio (Y2O3), fluoruro de itrio sódico (Nayf4) o cualquier otro. formas cristalinas o de nanopartículas adecuadas. Estos materiales se eligen por su capacidad para absorber múltiples fotones de baja energía y emitir eficientemente fotones de mayor energía. La concentración de dopaje, la estructura cristalina y la longitud de onda de excitación son parámetros críticos que influyen en la eficiencia de conversión positiva y las características espectrales de estos materiales.
La conversión ascendente y descendente se refieren a procesos en los que la frecuencia (y por lo tanto la energía) de los fotones aumenta (conversión ascendente) o disminuye (conversión descendente). En la conversión ascendente, los fotones de baja energía se absorben y combinan para emitir un solo fotón con mayor energía, generalmente en el rango visible o ultravioleta. Este proceso no es lineal y requiere transiciones y niveles de energía específicos en el material. La conversión más baja, por otro lado, implica convertir fotones de mayor energía en productos de menor energía, a menudo para aplicaciones como materiales que cambian la longitud de onda en lámparas fluorescentes o para convertir la luz ultravioleta en luz visible en materiales de fósforo.
Las nanopartículas de conversión ascendente para biosensores son nanopartículas integradas con materiales de conversión ascendente, diseñadas específicamente para detectar y analizar biomoléculas en muestras biológicas. Estas nanopartículas convierten la luz infrarroja o infrarroja cercana, que penetra los tejidos biológicos de manera más efectiva que la luz visible, en luz visible que puede detectarse y analizarse fácilmente. Las nanopartículas de conversión ascendente ofrecen ventajas como una mayor sensibilidad, un fondo de autofluorescencia reducido y la capacidad de realizar detección multiplexada utilizando diferentes longitudes de onda de emisión desde una única fuente. Se utilizan en diversas aplicaciones de biodetección, incluida la detección de biomarcadores, el seguimiento de la administración de fármacos y la obtención de imágenes moleculares en organismos vivos.