Struct Bond (2020) 183: 371–396
https://doi.org/10.1007/430_2020_60
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 12 August 2020
Functional Nanohybrids Based on Dyes
and Upconversion Nanoparticles
Juan Ferrera-González, María González-Béjar, and Julia Pérez-Prieto
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
1.1 UCNP Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
2 Pre-requirements When Designing Photoactive Nanohybrids by Combining UCNPs
and Chromophores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
3 Sensing with UCNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
3.1 Inner Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
3.2 Lanthanide-Based Resonant Energy Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
3.3 pH Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
3.4 Biomolecules and Ions Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
4 Photodynamic Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
5 Theragnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
6 Conclusion Remarks . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 392
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Abstract Upconversion nanoparticles (UCNPs) and dyes are combined to make
nanohybrid systems, which take advantage of the synergic relationship between
lanthanide (Ln)-based UCNPs and dyes. Ln-UCNPs are inorganic nanophosphors
which absorb NIR light and emit narrow emission bands in the UV-NIR region with
long luminescence lifetimes. These unique properties, when coordinated properly
with dyes of the appropriate photophysical features, produce nanosystems with new
photophysical properties. In this context, the UCNP-dye nanohybrids are very
promising for potential sensing (ions and biomolecules) and theragnosis (imaging
and therapy, e.g. photodynamic therapy).
Keywords Dyes · Imaging · Photodynamic therapy · Sensors · Upconversion
nanoparticles
J. Ferrera-González, M. González-Béjar (*), and J. Pérez-Prieto (*)
Departamento de Química Orgánica, Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Universidad de
Valencia, Valencia, Spain
e-mail: maria.gonzalez@uv.es; julia.perez@uv.es
https://doi.org/10.1007/430_2020_60
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 12 August 2020
Functional Nanohybrids Based on Dyes
and Upconversion Nanoparticles
Juan Ferrera-González, María González-Béjar, and Julia Pérez-Prieto
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
1.1 UCNP Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
2 Pre-requirements When Designing Photoactive Nanohybrids by Combining UCNPs
and Chromophores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
3 Sensing with UCNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
3.1 Inner Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
3.2 Lanthanide-Based Resonant Energy Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
3.3 pH Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
3.4 Biomolecules and Ions Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
4 Photodynamic Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
5 Theragnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
6 Conclusion Remarks . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 392
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Abstract Upconversion nanoparticles (UCNPs) and dyes are combined to make
nanohybrid systems, which take advantage of the synergic relationship between
lanthanide (Ln)-based UCNPs and dyes. Ln-UCNPs are inorganic nanophosphors
which absorb NIR light and emit narrow emission bands in the UV-NIR region with
long luminescence lifetimes. These unique properties, when coordinated properly
with dyes of the appropriate photophysical features, produce nanosystems with new
photophysical properties. In this context, the UCNP-dye nanohybrids are very
promising for potential sensing (ions and biomolecules) and theragnosis (imaging
and therapy, e.g. photodynamic therapy).
Keywords Dyes · Imaging · Photodynamic therapy · Sensors · Upconversion
nanoparticles
J. Ferrera-González, M. González-Béjar (*), and J. Pérez-Prieto (*)
Departamento de Química Orgánica, Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Universidad de
Valencia, Valencia, Spain
e-mail: maria.gonzalez@uv.es; julia.perez@uv.es