Síntesis de compuestos de coordinación basados en el ion Neodimio (III) (NdIII) y su estudio como potenciales termómetros luminiscentes en el rango de temperaturas fisiológicas

Abstract

La termometría luminiscente de iones lantánidos es una técnica sin contacto altamente promisoria en el desarrollo de bioimágenes, lo que se debe a las propiedades ópticas excepcionales exhibidas por estos elementos. La ventaja de algunos de estos iones en este tipo de aplicaciones radica en que algunas de sus transiciones electrónicas, tanto de absorción como de emisión, se encuentran en las denominadas ventanas biológicas (BWs, por sus siglas en inglés; BWI: 750-950 nm, BWII: 1000-1350 nm, BWIII: 1500-1800 nm). Un ejemplo de esto es el ion neodimio(III) (NdIII), el cual fue objeto de estudio en esta investigación. En el presente trabajo de investigación se llevó a cabo la síntesis y caracterización de una serie de compuestos de coordinación basados en el ion NdIII con el propósito de estudiar sus propiedades ópticas y así postularlos como potenciales termómetros luminiscentes que operen en las BWs y el rango de temperaturas fisiológicas. Los compuestos sintetizados exhiben diferentes esferas de coordinación y nuclearidades, con el fin de analizar de qué manera estas variaciones inciden en las propiedades termométricas dentro del rango mencionado anteriormente y en consecuencia determinar si es posible modularlas. Para estudiar el efecto de la esfera de coordinación en las propiedades ópticas, se diseñaron y caracterizaron seis compuestos de coordinación mononucleares utilizando ligandos orgánicos macrocíclicos tipo base de Schiff y tres ligandos aniónicos diferentes: anión nitrato (NO3-); anión tiocianato (SCN-), el cual coordinó mediante el átomo de nitrógeno por lo que en este escrito se referirá a él como anión isotiocianato (NCS-) y; anión acetato (CH3COO-). Esto dio como resultado la obtención de los siguientes compuestos: [NdL1(NO3)3] (M-NE), [NdL2(NO3)3] (M-ND), [NdL1(NCS)3] (M-SE), [NdL2(NCS)3] (M-SD), [NdL1(CH3COO)3](CH3OH)(H2O)4 (M-AE) y [NdL2(CH3COO)3](CH3OH)(H2O)4 (M-AD). Por otro lado, con el fin de investigar el efecto de la nuclearidad sobre las propiedades ópticas, se sintetizaron complejos polinucleares utilizando el compuesto mononuclear M-NE como precursor y un ácido carboxílico como precursor del ligando puente. Al emplear ácido benceno-1,4-dicarboxílico (ácido tereftálico), se logró obtener el compuesto dinuclear [(NdL1)2(BDC)(NO3)2](NO3)2(H2O)4 (D-NE), mientras que al utilizar ácido benceno-1,3,5-tricarboxílico (ácido trimésico), se obtuvo el compuesto hexanuclear [(NdL1-BTC-H2O)6]35·H2O (H-NE). El estudio termométrico de los compuestos mencionados anteriormente se realizó mediante el análisis de sus espectros de emisión a distintas temperaturas dentro del rango fisiológico (293K-333K). Para obtener los espectros de emisión, se realizó la excitación directa del ion NdIII utilizando un láser de 804 nm (que involucra la transición 4I9/2→4F5/2,2H9/2 en la primera BW), lo que generó bandas de emisión en la primera BW, transición desde 4F3/2 a 4I15/2 (~900 nm), y en la segunda BW, es decir, las bandas de emisión correspondientes a las transiciones desde 4F3/2 a 4I11/2 (~1060 nm) y de 4F3/2 a 4I13/2 (~1340 nm). Basándose en parámetros como la variación de la intensidad de emisión de una o dos bandas de emisión (de dos bandas de emisión distintas o de los componentes de Stark de una misma banda de emisión) y posteriormente analizando el desempeño de cada uno mediante el cálculo de la sensibilidad relativa (Sr) se logró confirmar que tanto la esfera de coordinación como la nuclearidad del sistema influyen en el comportamiento termométrico, siendo los compuestos M-AD (mediante el estudio de la variación de intensidad de emisión de la banda de emisión asociada a la transición de 4F3/2 a 4I11/2) y H-NE (mediante el estudio de la relación de intensidades de emisión de los componentes de Stark de la banda asociada a la transición de 4F3/2 a 4I11/2) los que se destacan en cuanto a desempeño termométrico, alcanzando una Sr de 5,260 y 3,735 %K-1 respectivamente.