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Simple self-referenced luminescent pH sensors based on upconversion nanocrystals and pH-sensitive fluorescent BODIPY dyes

  • We present the design and fabrication of pH responsive ratiometric dual component sensor systems based on multicolor emissive upconversion nanoparticles (UCNP) and pH sensitive BODIPY dyes with tunable pKa values embedded into a polymeric hydrogel matrix. The use of NIR excitable NaYF4:Yb3+,Tm3+ UCNPs enables background free read-out. Furthermore, the spectrally matching optical properties of the UCNPs and the dyes allow the UCNPs to serve as excitation light source for the analyteresponsive BODIPY as well as intrinsic reference. The blue upconversion luminescence (UCL) of NaYF4:Yb3+,Tm3+ UCNPs excited at 980 nm, that overlaps with the absorption of the pH-sensitive fluorophore, provides reabsorption based excitation of the dye, the spectrally distinguishable green fluorescence of which is switched ON upon protonation, preventing photoinduced electron transfer (PET) within the dye moiety, and the pH-inert red UCL act as reference. The intensities ratios of the dye’s fluorescence andWe present the design and fabrication of pH responsive ratiometric dual component sensor systems based on multicolor emissive upconversion nanoparticles (UCNP) and pH sensitive BODIPY dyes with tunable pKa values embedded into a polymeric hydrogel matrix. The use of NIR excitable NaYF4:Yb3+,Tm3+ UCNPs enables background free read-out. Furthermore, the spectrally matching optical properties of the UCNPs and the dyes allow the UCNPs to serve as excitation light source for the analyteresponsive BODIPY as well as intrinsic reference. The blue upconversion luminescence (UCL) of NaYF4:Yb3+,Tm3+ UCNPs excited at 980 nm, that overlaps with the absorption of the pH-sensitive fluorophore, provides reabsorption based excitation of the dye, the spectrally distinguishable green fluorescence of which is switched ON upon protonation, preventing photoinduced electron transfer (PET) within the dye moiety, and the pH-inert red UCL act as reference. The intensities ratios of the dye’s fluorescence and the analyte-inert red Tm3+ UCL correlate directly with pH, which was successfully utilized for Monitoring timedependent pH changes of a suspension of quiescent E. coli metabolizing D-glucose.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Sebastian Radunz, Elina AndresenORCiD, Christian WürthORCiD, Andrea KoerdtORCiD, Harald Rune Tschiche, Ute Resch-GengerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Deutsch
Titel des übergeordneten Werkes (Deutsch):Analytical Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen
Verlag:acs publications
Jahrgang/Band:91
Erste Seite:7756
Letzte Seite:7764
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:UpConversion; pH sensor
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Umwelt
Umwelt / Sensorik
DOI:10.1021/acs.analchem.9b01174
ISSN:0003-2700
ISSN:1520-6882
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:16.07.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:16.07.2019
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