Международная группа ученых из Институте Лазеров, фотоники и биофотоники (ILPB) при Университете Баффало (UB), Харбинского технологического института (School of Chemical Engineering and Technology, Harbin Institute of Technology), Королевского технологического института (Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden), Томского государственного университета (ТГУ), Университета Кореи (Korea University, Seoul) и Медицинской школы Массачусетского университета (University of Massachusetts Medical School) создала наночастицу из редкоземельных металлов, которая преобразует инфракрасное излучение в видимое и ультрафиолетовое в 100 раз эффективнее, чем наночастицы, создававшиеся до этого. Отчет об исследовании опубликован в журнале Nano Letters, популярно о нем рассказывается на сайте Университете Баффало. 

Наночастица была создана для биоимиджинга — так называется система съемки, визуализации и обработки живых биологических объектов и структур на клеточном уровне. Биоимиджинг включает съемку и обработку информации при помощи самых различных методов, например, в ультрафиолетовом, инфракрасном, рентгеновском диапазонах, работу с флуоресцентными белками, и используется при биохимических и медицинских исследованиях.

Наночастица, которые используются при биоимиджинге, как правило, необходимы для того, чтобы активировать их свечение в биологических тканях (например, в тканях тела при исследованиях) при помощи инфракрасного излучения — частиц испускают свет, и исследователю становится понятно, где они находятся и в каком количестве. Другое применение наночастиц — технологии. обеспечивающие безопасность: такие частицы в состав чернил для печати денежных знаков и карт невидимы для невооруженного глаза, но светятся при обработке лазером.

Авторы исследования сделали наночастицы трехслойными: верхний слой частиц состоит из органического красителя, средний — из неодима, и внутренняя часть, или ядро — из иттербия и тулия. Под воздействием инфракрасного излучения краситель поглощает фотоны и, как антенна, передает энергию внутрь наночастицы. Слой неодима работает как «мост» - его возбужденное состояние занимает промежуточную ступень между возбужденными состояниями красителя и иттерибия и тулия, и он по сути служит дополнительной ступенькой, передавая энергию от пигмента к иттербию, а затем, к светоизлучающим ионам тулия. Ионы иттербия, получая энергию, передают ее тулию, который обладает особым свойством: поглотить энергию из четырех-пяти ионов сразу, а затем впустить ее в виде одного фотона, обладающего высокой энергией, видимого в голубом или ультрафиолетовом диапазоне.

В итоге исследователи получили наночастицу, которая оказалась примерно в 100 раз эффективнее прежних, что , как полагают авторы исследования, окажется важным для практического применения частиц, и позволит преодолеть препятствия, которые не смогли обойти предыдущие технологии.