Classification, synthèse et application de nanoparticules de silice luminescentes :une revue

Introduction

Les matériaux luminescents sont largement appliqués en raison de leurs propriétés optiques particulières [1]. Cependant, leur application est limitée par de nombreuses restrictions, telles qu'une faible hydrophobie et biocompatibilité, ou en raison d'inconvénients, tels qu'une toxicité élevée, une faible biocompatibilité et une faible absorbance [2,3,4,5]. Ainsi, il est nécessaire de modifier les matériaux luminescents pour satisfaire les exigences des applications pratiques.

Les LSN aux propriétés améliorées ont attiré de plus en plus d'attention en biologie [6, 7], en éclairage [8] et en capteurs [9]. Leurs propriétés optiques caractéristiques les rendent uniques dans les matériaux optiques [10]. La silice est transparente à la lumière, ce qui fait de la silice un candidat idéal comme matrice pour les matériaux fluorescents. La stabilité thermodynamique et chimique sont également des facteurs importants car une matrice et la silice coïncident avec ces facteurs de base [11]. De plus, la surface de la silice peut être facilement modifiée, permettant une fonctionnalisation supplémentaire avec divers groupes fonctionnels pour s'adapter à diverses exigences [12]. La silice ayant plusieurs des avantages ci-dessus est naturellement un substrat idéal pour améliorer les propriétés des matériaux luminescents [13]. Des nanosystèmes multifonctionnels peuvent être créés en assemblant, encapsulant ou intégrant un ou plusieurs nanomatériaux différents à l'intérieur et à la surface des nanoparticules de silice en utilisant différents processus [11]. En tant que matériaux luminescents modificateurs, les LSN aux excellentes propriétés attirent de plus en plus l'attention dans les recherches exploratoires [14]. Montalti et al. ont résumé de nombreuses excellentes recherches en imagerie médicale avec des colorants organiques dopés à la silice [6]. La silice fournit une plate-forme stable et multifonctionnelle pour les phosphores, mais la toxicité à long terme doit être étudiée. Michael Schäfrling a démontré l'art des capteurs luminescents [9]. La sélectivité et la sensibilité sont au cœur des matériaux des capteurs. Zou Hua et al. élaboré sur les moyens de modification de la silice organique. Les nanocomposites ont des propriétés supérieures pour séparer les composants [15]. Il existe de nombreuses revues étonnantes axées sur un domaine spécifique tel que la biologie [6, 7, 16], mais sans introduction systématique aux LSN et à leurs excellentes performances dans d'autres domaines.

Cette revue commence par la classification des LSN en suivant leurs méthodes synthétiques. Les catégories de LSN sont systématiquement établies sur la base de la classification des matériaux luminescents. En termes de propriétés chimiques et de mécanismes de luminescence, les colorants de molécules organiques, les métaux luminescents et les luminophores dopés aux points quantiques (QD) sont trois luminophores typiques, qui ont tous leurs propres mécanismes de luminescence et avantages en tant que représentants des LSN [17,18,19 ]. Le point culminant est la façon dont la silice améliore les propriétés des phosphores. Avec le manque d'applications de matériaux luminescents, les stratégies possibles sont discutées pour améliorer leurs performances pour les LSN. Cela implique non seulement des applications biologiques, mais également des écrans et des capteurs.

Classifications des LSN

La luminescence émettant diverses luminosités a une grande valeur dans les champs matériels [20]. De nombreuses recherches sur la modification des matériaux luminescents ont été menées sur la manière d'améliorer le rapport signal sur bruit, la stabilité et l'adaptabilité environnementale pour les applications potentielles. L'introduction de ligands d'antenne dans des complexes de lanthanides pour améliorer les performances de luminescence est un exemple typique de modification. La silice est une bonne matrice pour mélanger des matériaux ayant différentes fonctions et différentes propriétés chimiques. Des phosphores ont été dopés dans une matrice de silice pour modifier leurs défauts naturels et améliorer leurs propriétés, ce qui est avantageux pour de larges applications avec des surfaces de silice facilement modifiées et non toxiques et une protection pour les colorants luminescents. Avec une adaptabilité multifonctionnelle et réglable, les LSN ont attiré de plus en plus d'attention. Parmi tous les luminophores luminescents, les molécules luminescentes organiques, les luminophores luminescents dopés aux métaux et les QD sont les trois catégories les plus représentatives qui méritent d'être soulignées. Ainsi, les trois colorants ci-dessus sont présentés comme des LSN typiques en combinaison avec de la silice. Des exemples représentatifs sont répertoriés dans le tableau 1.

LSN dopés aux molécules luminescentes organiques

Les molécules luminescentes organiques sont des matériaux luminescents importants avec des structures cycliques -conjuguées et de petite taille [16]. Cependant, un étiquetage et un blanchiment non spécifiques entravent leur application. Les nanoparticules de silice dopées avec des colorants organiques sont largement étudiées avec une excellente stabilité, sélectivité et biocompatibilité [52, 53]. Van Blaaderen et al. [21] ont fait une première tentative de synthèse de sphères de silice luminescentes. L'isothiocyanate de fluorescéine (FITC) a été appliqué sur la surface de la silice à l'aide d'APS ((3-aminopropyl)triéthoxysilane) qui a permis de combiner des colorants avec de la silice par des liaisons covalentes. Inspirés par ce processus, Andrew et al. [22] ont synthétisé des nanoparticules de silice fluorescente à double émission avec deux couches. Deux colorants, l'isothiocyanate de tétraméthylrhodamine (TRITC) et le FITC, ont été conjugués à la silice au moyen d'APS dans un environnement d'azote anhydre. Le diagramme schématique et l'image SEM (Fig. 1a) ont montré les nanostructures des nanoparticules. La silice avec TRITC a d'abord été synthétisée en tant que noyau des nanoparticules à double émission et le FITC a été conjugué à la surface du noyau avec davantage de tétraéthoxysilane (TEOS). Les nanoparticules de silice fluorescente à double émission synthétisées ont étudié avec succès la valeur du pH intracellulaire dans les mastocytes de leucémie basophile de rat (RBL-2H3) sur la figure 1b–d.

un Le diagramme de formation et l'image au microscope électronique à balayage (MEB) de nanoparticules de silice fluorescente à double émission avec un colorant de référence (TRITC) et un colorant de capteur (FITC) ; l'image de microscopie à fluorescence confocale des mastocytes RBL (rouge comme particules de silice TRITC et vert comme AlexaFluor 488-Cholera toxin B); images de microscopie à fluorescence confocale de mastocytes RBL en tant que capteurs de pH. b Pour le canal de référence, c pour le canal du capteur, d pour les images superposées, et e imagerie ratiométrique en fausses couleurs pour les valeurs de pH calculées selon les expériences [22]

Afin d'améliorer la photostabilité des fluorophores organiques, l'encapsulation de silice est une méthode de modification couramment utilisée. Long Jiao et al. [23] ont choisi quatre colorants aminocyanine comme sondes fluorescentes dans le proche infrarouge (NIR) et les ont couplés en conséquence avec le 3-aminopropyltriéthoxysilane (APTES), un agent de couplage silane courant. TEOS hydrolysé avec les colorants NIR traités dans le système de microémulsion. Les nanoparticules de silice fluorescente chargées en cyanine (FSNP) ont été obtenues après centrifugation et lavage. L'ensemble du processus a été montré dans la Fig. 2a. Comme on peut le voir sur la figure 2b, les quatre FSNP encapsulés dans la silice ont montré une meilleure stabilité du pH de l'intensité de fluorescence que celle des colorants libres. Les quatre FSNP ont amélioré leur luminosité en même temps (Fig. 2c). Ils ont testé leur photostabilité dans des cellules vivantes à l'aide d'un microscope confocal à balayage laser (CLSM). FSNP-3 et FSNP-4 (plus de sites d'ancrage) ont obtenu une photostabilité améliorée que celle des colorants libres tandis que FSNP-1 et FSNP-2 n'ont obtenu aucune amélioration. Plus de sites d'ancrage ont renforcé la structure de la molécule de colorant. Un colorant avec une structure rigide avait une décroissance non radiative et une rotation intramoléculaire moins dure qui rendent le colorant plus brillant. La couche de silice peut protéger les matériaux encapsulés qui ont une structure moléculaire renforcée et améliorer leur luminosité sans photoblanchiment. Les FSNP-3 et 4 présentaient également une faible toxicité biologique selon la méthode au méthyltétrazolium (MTT) de la figure 2d. La biocompatibilité est un autre avantage de la silice.

un Le mécanisme de FSNP-1, FSNP-2, FSNP-3 et FSNP-4. b L'intensité normalisée dans différentes valeurs de pH de tous les échantillons. c Intensité d'émission des FSNP et colorants libres. d Montrant après incubation avec des FSNP pendant 24 h, la viabilité des cellules macrophages raw264.7 [23]

L'agglomération est l'une des principales raisons de la trempe pour la plupart des colorants luminescents. Les phosphores peuvent se maintenir à une concentration appropriée avec la silice de manière constante. Les luminogènes à émission induite par l'agrégation (AIEgens), contrairement aux luminophores traditionnels, ne souffrent pas de ce problème. A l'inverse, l'agrégation conduit à une forte émission [54]. Pour améliorer les performances des AIEgens dans les domaines biologiques, de nombreuses matrices polymères sont utilisées pour encapsuler les AIEgens. De plus, d'autres problèmes peuvent provoquer une trempe AIEgens, tels que l'eau et l'oxygène, ce qui a un effet négatif sur l'application. La silice peut les empêcher des quenchers [55]. Sur la base de ces analyses ci-dessus, TPETPAFN (un fluorogène typique composé de deux pendentifs tétraphényléthylène et d'un noyau de transfert de charge intramoléculaire), un AIEgen, a été biofonctionnalisé par F127 (poly (éthylène glycol)-bloc-poly (propylène glycol)-bloc-poly ( éthylène glycol)) pour former la micelle centrale [24]. Le TEOS a été hydrolysé pour obtenir une coque de silice enduite sur la micelle centrale via une méthode sol-gel modifiée. Comme le montre la figure 3, le TPETPAFN-F127-SiO₂ synthétique les nanoparticules présentaient de meilleures propriétés de photoluminescence et bénéficiaient de la protection de l'enveloppe de silice.

un , d Affichage des images de fluorescence et des histogrammes de photons de TPETPAFN-F127-SiO₂ NPs, correspondants b , e pour les NP des TPETOAFN et c , f pour QD655 commercial [24]

LSN dopés aux métaux luminescents

Les métaux des terres rares [56] et les métaux de transition [57] sont des matériaux métalliques luminescents courants basés sur la transition de transfert de charge. La luminescence après complexation avec le ligand est la caractéristique la plus évidente de ce matériau. Il existe deux mécanismes principaux de luminescence métallique, LMCT (transition de charge ligand-métal) et MLCT (transition de charge métal-ligand). Les métaux lanthanides et les métaux de transition en sont respectivement des exemples typiques. En raison des niveaux d'énergie électronique abondants, il existe divers métaux luminescents qui ont un grand potentiel d'application dans le domaine de la luminescence avec différentes émissions [58]. Les métaux nobles avec LSPR ont été largement utilisés dans les matériaux à luminescence améliorée et sont impliqués dans cette section. Néanmoins, la faible efficacité de sensibilisation et la trempe limitent les applications des métaux luminescents [59]. Afin d'améliorer leur photostabilité et leur biocompatibilité, Francis et al. ajouté un groupe silyle substitué dans les ligands pour les modifications ultérieures [30]. Des nanoparticules Eu@Si-OH ont été obtenues après revêtement de complexes Eu modifiés par le groupe silyle avec de la silice via la méthode de microémulsion inverse. Le produit a finalement été fonctionnalisé en amine avec APTES sous la forme Eu@Si-NH₂ nanoparticules. La couche de silice a gardé les complexes des quenchers (OH et NH₂ groupes). En conséquence, les deux ont montré une meilleure photostabilité sur la figure 4. Eu@Si-NH₂ les nanoparticules ont montré de bonnes performances en bio-imagerie.

Les courbes d'intensité de fluorescence changeant avec le temps d'exposition sous une irradiation de 365 nm, a complexe parent Eu dans CHCl₃ solution, b Eu@Si-NH₂ , et c Nanoparticules Eu@Si-OH dans une solution tampon saline tamponnée au phosphate (PBS) [30]

Ezquerro et al. ont incorporé des complexes Ir, un complexe luminescent MLCT, dans la structure de silice pour une stabilité et des propriétés photophysiques améliorées via un processus sol-gel [60]. Avec la protection de la silice, ces luminophores ont montré une excellente stabilité non seulement dans des conditions ambiantes mais aussi dans des environnements difficiles qui ont d'autres applications dans les diodes électroluminescentes blanches (WLED).

Y. Li et al. [31] ont synthétisé des nanoparticules de conversion ascendante stabilisées par l'acide oléique (UCNP). Ensuite, ils ont appliqué une couche de silice sur les UCNP via une méthode de microémulsion et des UCNP solubles dans l'eau ont été obtenus. Présentation de l'UE (TTA)₃ phen dans le système, ils ont synthétisé NaGdF₄ :Yb,Er@SiO₂ @Eu (TTA)₃ Phen (UCNPs@SiO₂ @EuTP) nanosphères. La trempe de surface a été supprimée après le revêtement de silice et, par conséquent, l'intensité d'émission a été améliorée, comme le montre la figure 5. Les nanoparticules solubles dans l'eau avec deux émissions différentes ont été obtenues à l'aide de silice.

un La formation des UCNPs@SiO₂ @EuTP et images TEM (microscope électronique à transmission) des échantillons ; b , c pour les UCNP, d , e pour UCNPs@SiO₂ , et f , g pour UCNPs@SiO₂ @EuTP [31]

Chen et al. [42] ont utilisé avec succès des points de carbone (CD) et des ions de terres rares pour WLED. Ils ont synthétisé des CD par la méthode de pyrolyse organique à un pot, qui avait un maximum d'émission bleue à 470 nm et deux pics d'excitation à 251 et 364 nm, respectivement. Pour obtenir un composite électroluminescent blanc, des CD ont été utilisés comme noyau d'émission bleue et Sr₂ Si₅ N₈ :Eu ²⁺ le phosphore a été utilisé comme composant d'émission orange. Les CD ont été mis dans le système Stöber. Au fur et à mesure de l'hydrolyse du TEOS, les CD seraient recouverts d'une couche de silice avec du phosphore rouge. Le composite carbone-silice-phosphore (CDSP) a été synthétisé après centrifugation, séchage et broyage. Le CDSP avait une large absorption allant de l'UV (ultraviolet) à la région jaune (200-600 nm), particulièrement forte dans la région UV. Après avoir testé l'excitation à différentes longueurs d'onde, ils ont découvert que le CDSP obtenait la coordonnée de la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) (0,32, 0,32) à celle de la lumière blanche pure (0,33, 0,33) à l'excitation à 400 nm de la Fig. 6. Et c'était une bonne tentative pour obtenir l'émission de CDSP en réglant le rapport de masse du CD et du phosphore. Sous excitation à 400 nm, ils ont obtenu le rapport de masse le plus proche (3,9% (0,32, 0,32) et 5,1% (0,34, 0,32)) à l'émission blanche. Le CDSP a montré une meilleure émission de blanc (0,30, 0,31) dans l'emballage des diodes électroluminescentes (DEL) que celui du CD&P (mélangé directement avec les CD et le phosphore) (0,28, 0,29). Deux composants se sont dispersés de manière homogène avec la silice et ont diminué la probabilité d'agrégation et de séparation de phases. Enfin, ils ont obtenu un WLED avec de la poudre CDSP sur une puce à diode UV (375 nm) et une lumière blanche (0,30, 0,33) a été obtenue. L'indice de rendu des couleurs (CRI) était d'environ 94, supérieur à celui du WLED commercial basé sur YAG:Ce (CRI < 75).

Les performances des WLED à base de CDSP :spectres d'émission et photographie [42]

La silice est couramment utilisée comme couche protectrice pour les matériaux luminescents afin de maintenir une distance appropriée avec les métaux nobles afin d'améliorer la fluorescence. Cela est dû à l'oscillation permanente des électrons libres causée par la lumière. Afin d'améliorer la luminescence, il doit être maintenu à une distance appropriée entre les colorants et les particules de métal noble. En ce qui concerne les matériaux nobles améliorés, les nanoparticules métalliques elles-mêmes peuvent provoquer l'extinction des chromophores (à moins de 5 nm) mais leur fluorescence peut augmenter jusqu'à 100 fois (à environ 10 nm). Dans les premières recherches, Tuo Li et al. [61] ont synthétisé des nanoparticules d'Ag avec la coque de silice dans la matrice de microémulsion (Ag/SiO₂ nanoparticules). Les réactifs nécessaires à la production de silice (TEOS et cyclohexane) ont été injectés dans la microémulsion après réduction de l'argent. Ils ont soigneusement étudié les effets de différentes conditions (eau/tensioactif pour R et eau/TEOS pour H) sur l'Ag/SiO₂ nanoparticules et les résultats sont illustrés à la Fig. 7. C'est un bon moyen de recouvrir une couche de silice uniforme et épaisse sur le noyau non seulement d'Ag mais également d'autres nanoparticules avec un système de microémulsion. Ce que Zhenhua Bai et al. [25] a fait est un bon exemple. L'acide 8-hydroxypyrène-1, 3, 6-trésulfonique (HPTS), une sorte de colorant fluorescent sensible au pH, convient à la fabrication de capteurs de pH intracécellulaire en raison de ses avantages uniques. Mais des conditions de pH extrêmes le rendaient insensible. Lorsque la solution est acide, son efficacité de fluorescence diminuerait de manière significative. Ag@SiO₂ adsorbé par HPTS les nanoparticules (Fig. 8a) ont été préparées sur la base de l'effet de fluorescence amélioré par les métaux nobles. On peut voir sur la Fig. 8b que Ag@SiO₂ -8 nm@HPTS a montré une meilleure intensité de fluorescence, en particulier dans des conditions de pH extrêmes.

un La taille change en fonction de H (R = 4 et X = 1) ; b quand R est variable, le changement de taille des clusters Ag [61]

un L'avancement de la synthèse d'Ag@SiO₂ adsorbé par HPTS nanoparticules. b Le rapport d'intensité de fluorescence de Ag@SiO₂ -8 nm@HPTS (vert) et échantillon de contrôle (rouge) [25]

LSN dopés aux QD

En raison de l'effet de confinement quantique, les QD présentent d'excellentes propriétés de luminescence, qu'il s'agisse de QD semi-conducteurs, de QD en carbone ou d'autres types. Récemment, de nombreuses études se sont concentrées sur les applications des QD dans les dispositifs optiques. Parfois, leurs propriétés ne sont pas assez bonnes pour s'adapter aux applications complexes. Les modifications nécessaires sont impératives et la silice est une matrice appropriée [1].

Pour réaliser la combinaison du biolabel et de l'imagerie par résonance magnétique, des QD CdSe ont été appliqués sur le Fe₂ magnétique O₃ noyau par une couche de silice avec NH₂ grouper. Les images et caractérisations associées ont été montrées dans la Fig. 9. NH₂ combiné groupe avec membrane bio-ancrée (BAM), les membranes cellulaires du cancer du sein de souris 4 T1 ont montré un marquage spécifique avec BAM-SiO₂ -CdSe MQD [44]. Avec la biocompatibilité et le magnétisme, les nanoparticules de luminescence multifonctionnelles gagneraient de larges applications en médecine.

Les photographies sous lumière normale pour prouver la modification magnétique (a , b ). c La photographie sous lumière UV pour prouver à la fois les propriétés magnétiques et de luminescence. d La photographie UV de points quantiques magnétiques verts et oranges (MQD). e , f Les spectres de luminescence de SiO₂ -MQDs dans les solutions PBS (e pour l'absorption et f pour l'émission) [44]

Pour élargir l'application des QD, il est nécessaire de modifier leur solubilité dans l'eau et leur non-toxicité. La silice montre un grand potentiel dans la modification des QD. Yunfei Ma et al. [43] ont introduit un réactif de transfert de phase maison (adénosine 5'-monophosphate, AMP) et un agent de couplage silane (3-mercaptopropyltriméthoxysilane, MPS) dans le système Stöber. Les changements de solubilité étaient solubles dans l'huile (QD CdSe/CdS/ZnS initiaux), solubles dans l'alcool (AMP-QD) et dans l'eau (hydrolyse du TEOS autour des QD). QD@SiO₂ avait la même efficacité de photoluminescence (50-65%) que l'initiale. Une plage de pH plus large (pH 4-8 à 2-13), une stabilité améliorée de l'électrolyte, une meilleure stabilité thermique et une biocompatibilité accrue dans les cellules Hela étaient les avantages du QD@SiO₂ .

Pour assurer la stabilité des QD dans les dispositifs optiques, il est nécessaire de réduire l'effet de clignotement. Le clignotement est un phénomène avec une luminescence intermittente aléatoire qui affecte la stabilité des dispositifs optiques QDs [62]. Pour réduire l'effet du clignement, Botao Ji et al. [45] ont produit des QD CdSe/CdS comme matériaux de base et ont encapsulé ces QD dans une coque de silice en se basant sur le déplacement des ligands hydrophobes initiaux par la méthode de microémulsion inverse. Et les QDs encore modifiés par une couche d'Au à la surface de la silice avec du poly (1-vinylimidazole-co-vinyltriméthoxysilane) (PVIS) comme agent de couplage au silane. La coque en or de taille nanométrique a agi comme un résonateur à plasmons qui a donné aux QD une densité d'états optiques améliorée. Les propriétés des QD peuvent être préservées indépendamment des changements drastiques dans les environnements locaux en raison de la couche hybride. En conséquence, la photostabilité des QD a augmenté. Les durées de vie de fluorescence QD ont été réduites de 123 à 20 ns après le revêtement en or. Les QD dorés ont montré une émission multiexciton efficace et son intensité de photoluminescence neutre était supérieure à celle des QDs. Les résultats du test de stabilité sont présentés sur la figure 10. De plus, l'intensité de la photoluminescence peut rester stable pendant plusieurs heures (voire 24 h). Le test de stabilité de la luminescence a montré que la luminescence des QD nus aurait une chute spectaculaire après seulement 1 h. La couche de silice a légèrement amélioré les performances des QD, mais elle a fourni l'intervalle approprié pour la prochaine couche d'Au pour montrer l'effet amélioré du plasma.

un Schéma de la boîte quantique/SiO₂ /Au hybride (golden QD) et les images MET de chaque étage (CdSe/CdS QDs, QD/SiO₂ QD/SiO₂ /Au_graine et QD dorés). b Le changement d'intensité de photoluminescence avec le temps. Rouge pour CdSe/CdS, gris pour QD/SiO₂ /Au_graine , et orange pour les QD dorés. c Courbes de décroissance de la photoluminescence de trois nanoparticules dans (b ) [45]

Méthodes synthétiques des LSN

Pour la fabrication des LSN, la sélection des luminophores et la conception de voies de synthèse sont au cœur du contenu. Les phosphores déterminent la plage d'émission des LSN et les voies de synthèse établissent leurs structures et fonctions. Toutes les voies de synthèse des LSN sont basées sur la silice. La méthode sol-gel, la méthode de la microémulsion inverse et la méthode de l'assistant direct des micelles sont trois approches majeures pour obtenir des sphères de silice homogènes et régulières qui ont été utilisées dans les LSN. La figure 11 est le schéma des méthodes mentionnées.

Les illustrations schématiques de différents LSN avec différentes méthodes. un Pour la méthode Stöber. b Pour la méthode de microémulsion inverse, c Pour la méthode de l'assistant direct des micelles

Méthode Sol-Gel

La méthode sol-gel, également appelée méthode Stöber, est une méthode pratique et réalisable pour obtenir des nanosphères de silice monodispersées. Il est idéal pour synthétiser des nanosphères de silice puisque Stöber [63] a soigneusement étudié la synthèse de sphères de silice de taille spécifique dans la plage de 50 nm à 2 μm avec l'hydrolyse d'alcoxysilane sous catalyse à l'ammoniac. Des sphères de silice homogènes de différentes tailles (10 à plusieurs centaines de nanomètres) peuvent être facilement obtenues en contrôlant les conditions de synthèse telles que le rapport éthanol/eau, la quantité d'ammoniac et la température via la méthode sol-gel. En utilisant la méthode de Stöber, Van Blaaderen et A. Vrij Langmuir ont réussi à synthétiser de la silice dopée au colorant (FITC) en ajoutant (APS) dans le système réactionnel [21]. Avec le groupe amine de l'APS, les sphères de silice attrapaient facilement le FITC, comme le montre la figure 11a. Jusqu'à présent, en plus des colorants, de nombreux autres matériaux ont été liés à la silice via la méthode Stöber. Luis M. Liz-Marzan et al. amélioré la méthode de Stöber et synthétisé des particules cœur-coquille d'or-silice en utilisant du (3-aminopropyl)-triméthoxysilane (APTS) comme tensioactif [64]. Combiné avec le noyau d'or, APTES fournit un pontage de liaison chimique pour l'encapsulation de la silice. La condition alcaline conduit à des sphères de silice homogènes en tant que système Stöber populaire et l'hydrolyse catalysée par un acide de l'alcoxysilane est également une méthode réalisable pour encapsuler des colorants luminescents dans de la silice [65].

Un nouveau type de LSN a été synthétisé sur la base de la méthode de Stöber. Lingang Yang et al. [50] ont réussi à synthétiser la silice cristalline par la méthode de Stöber basée sur l'empilement π-π de groupes vinyle. Un progrès de Stöber avec le vinyltriéthoxysilane (VTES) comme précurseur, la neutralisation avec de l'acide chlorhydrique, la distillation sous vide pour éliminer le solvant et l'extraction à l'aide de tétrahydrofurane sont l'ensemble des procédures des nanocristaux d'organosilice (OSNC). Trois OSNC ont été synthétisés avec la même structure cristalline mais dans des tailles différentes, comme le montre la figure 12d–f. Les tailles des nanocristaux d'organosilice (OSNC) augmentent progressivement en raison de l'augmentation des VTES. En conséquence, ils ont montré différentes propriétés luminescentes comme le montre la figure 12g, h (bleu, vert et rouge sous lumière UV). Les OSNC ont été caractérisées pour posséder une bonne photo-stabilité et stabilité du pH. La croissance épitaxiale des groupes vinyle dans la structure cristalline cubique du diamant est présentée en raison de l'empilement π-π. Les groupes vinyle empilés de manière ordonnée forment finalement un grand système conjugué avec fluorescence suivant le confinement quantique. Ces OSNC avaient un grand potentiel sur les domaines optiques en raison des caractéristiques de la silice qui ont fourni une nouvelle approche pour obtenir des matériaux de silice auto-luminescents.

Caractérisations des OSNC :a –c comme images TEM et d –f sous forme d'images de microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM). g Les photographies d'échantillons OSNC soumis à un éclairage UV. h La distribution sur le diagramme de chromaticité de la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) [50]

Méthode de microémulsion inverse

La méthode de Stöber est une méthode simple et pratique pour synthétiser les LSN, mais les conditions de réaction et les particules initiales qui ne sont pas contrôlées imposent des restrictions sur les colorants luminescents. Pour surmonter ces limitations, Bagwe et Khilar [66] ont introduit un système de microémulsion eau-dans-huile [67] lors de la synthèse d'argent recouvert de nanocomposites de silice (Fig. 11b). La solution aqueuse alcaline initiale de nanoparticules d'argent avec TEOS a été encapsulée dans la goutte d'eau à l'aide de tensioactifs. La progression de l'hydrolyse du TEOS était la même que celle de la méthode Stöber. Mais tout le progrès a été limité à des gouttelettes d'eau enfermées par des tensioactifs qui ont conduit à un système bien contrôlé et à des nanoparticules de silice monodispersées. La taille de la silice a été bien contrôlée en sélectionnant différents tensioactifs, solvants et en modifiant le rapport tensioactif/eau. Lorsque les fluorophores sont hydrosolubles, il est facile de former une couche de silice homogène en surface au sein des molécules de la gouttelette. Nianfang Wang et al. [46] ont synthétisé des nanoparticules de CdS/CdSe/CdS recouvertes de silice luminescente via la méthode de microémulsion inverse. La figure 13 montre les images MET des QD synthétiques et QDs@SiO₂ . Les QD protégés ont montré une excellente stabilité acide et thermique. Il a fourni la possibilité d'autres modifications pour répondre aux exigences particulières des applications.

Images MET de QDs noyau/coque CdSe/CdS avec coque mince CdS (a ) et après enrobage de silice CdSe/CdS@SiO₂ (d ); CdSe/CdS core/shell QDs avec shell CdS (b ) et après enrobage de silice CdSe/CdS@SiO₂ (e ); CdS/CdSe/CdS core/shell QD (c ) and after coating with silica CdS/CdSe/CdS@SiO₂ (f ) [46]

Direct Micelles Assistant Method

Reverse microemulsion method require the water-soluble luminescence dyes. Inversely, liposoluble initial micelles are the major features of direct micelle method, and the hydrolysis progress takes place around of the micelles (Fig. 11c). A precursor is indispensable for the agglomeration of silica. As a common progress, the luminescent dye is modified with the silane coupling agent, such as APS, to form the assistant micelles. The initial modified micelles ensure that the TEOS condensation occurs around them. Using Rhodamine B conjugated to APTES as the original micelle, Kumar et al. [26] successfully synthesized Rhodamine-conjugated organically modified silica nanoparticles in oil in water system and modified them with different function groups (such as sulfhydryl, amino, and carbonyl) which can be used as cell fluorescence probe.

The role of the surfactant is not only reflected in the silica synthesis but also in the synthesis of mesoporous silica. A common method of synthesizing mesoporous silica is calcination. Large specific surface area and modifiable surfaces make the mesoporous silica nanoparticles perfect carriers. In addition to the known application value in the field of medical drug loading, it also has important application prospects in the field of loading phosphors. Li Wang et al. [68] mixed up CDs with hollow mesoporous silica microspheres with good photochemical stability which can be used for oxygen detection in the whole range. Mesoporous structure makes them unique. Bin Xie et al. [69] incorporated the CdSe/ZnS core-shell QDs into mesoporous silica microspheres by a swelling and evaporation method. Coated with a mesoporous silica layer on the surface of Gd₂ O₃ :Eu phosphors via modified Stöber method is also feasible according to the Ali Aldalbahi et al. [70]. Because of the encapsulation of silica, the modified Gd₂ O₃ :Eu nanoparticles showed excellent solubility and biocompatibility.

Other Methods

There are also other methods to synthesize LSNs such as chemical vapor deposition (CVD) [71], hydrothermal method [51], and amino acid-catalyzed seed regrowth technique [72, 73].

Lianzhen Cao et al. [71] synthesized SiC/SiO₂ by CVD and thermal annealing processes. Si was used to coat on the SiC core by thermal CVD and then SiO₂ shell was obtained after oxidizing. The annealed SiC/SiO₂ nanoparticles showed narrow luminescence in the blue-green region. The synthetic method provided a new way to synthesize core-shell nanomaterials.

Chandra et al. [51] synthesized smaller fluorescent silica nanoparticles (1 to 2 nm) with silicon tetrabromide (SiBr₄ ) and APTS. Heating to 200 °C in an autoclave was the core step of the whole reaction. The final products were obtained after further purification including dialysis and centrifugation. The silica nanoparticles emitted bright blue luminescence with a photoluminescence quantum yield around 34%. It was non-photobleaching and biocompatible at the same time.

Surface modification makes the LSNs more tunable for complex application [74]. Silane coupling agents are the most common chemical methods as it mentions before. Abundant hydroxyl groups provide reaction sites for further modifications. Junqiang Wang et al. synthesized silica modified CeO₂ ammonia sensor with high gas response due to hydroxyl groups [75]. After hydrolysis and condensation, silane coupling agents with different function groups bond on the surface of silica. Superhydrophobic silica was synthesized with the condensation of VTES (-CH=CH₂ ) [76]. Ming Ma et al. grafted PEGMA and DMEAA on the surface by RAFT polymerization based on the -NH₂ of APTS [77]. Surface modification can enhance their adaptability in complex environments and get improved luminescence properties with appropriate materials.

Among these methods, there are two main ideas to fabricate LSNs, namely the luminescent dyes are added directly into the reaction system when the silica resources start hydrolyzing, and that the luminescent dyes are established chemical bond with silica by other reagents such as silane coupling agents, either before or after silica network set up. It is necessary to select and design an appropriate synthetic route for LSNs with specific structures.

Applications of Luminescent Silica Nanoparticles

Light is the most intuitive tool for people to recognize the world. Luminescent materials with special emission can be directly used in many ways such as lighting, display, and so on. At the same time, changes in fluorescence intensity can reflect some important information. Compared with separate luminescent dyes, LSNs have improved performances in applications, since silica provides a stable matrix for the luminescent dye. It provides an effective way for multifunction at the same time [6]. LSNs with multifunction and tunable surface have great application prospects and development potential in biology, lighting, and sensors.

Biolabeling and Medicine

LSNs have great application value in biology. Non-toxicity is a fundamental requirement for medical field, especially in vivo [78]. The fact that the common luminescent dyes are often toxic limits their clinical application [79]. Silica, a favorite non-toxic modified material, is a good solution to elimination of toxicity. Toxicity of silica nanoparticles (20–200 nm) were also carefully studied by In-Yong Kim et al. [80]. Size, dose, and cell type-dependent cytotoxicity were the issues in their research. Although high dose can cause a disproportionate decrease in cell viability, the silica nanospheres with 60 nm showed their good biocompatibility up to 10 μg/ml. Different cells had different tolerance to silica nanoparticles which indicated that it was necessary to have substantial tests before clinical tests. Although inhalation of silica particles can cause acute and chronic diseases including silicosis [81], silica still has potential in biological application at the nanoscale. The toxicity of luminescent silica nanoparticles to living cells was studied in detail by Yuhui Jin et al. [38]. From the DNA level to the cell level, the toxicity of RuBpy-doped LSNs were carefully tested. At a certain concentration, the results showed that the dye-doped luminescent silica nanoparticles were non-toxic to the targeted DNA and cells, which indicate that LSNs are a good solution to the non-toxic modification. Xiqi Zhang et al. [27] encapsulated AIE dye (An18, derivatized from 9, 10-distyrylanthracene with an alkoxyl endgroup) into the silica nanoparticles via a one-pot modified Stöber method. Coated with silica lead to an enhanced fluorescence intensity, good water solubility, and non-toxicity to living cells which made the An18-SiO₂ NPs had a potential for biomedical application.

LSNs have great application value in diagnosis and biolabeling. For hybrid imaging contrast agents, Dong Kee Yi et al. [48] combined magnetic particles (MPs) Fe₂ O₃ with QDs (CdSe) and encapsulated them in silica shell by reverse microemulsion method. The nanostructures of MPs with QDs are clearly showed in Fig. 14. Magnetic resonance imaging (MRI) is an effective method for disease detection, especially for cancer. The advantages of feasible usage, low cost, and accurate diagnosis make it more popular as a diagnostic tool [7]. The nanocomposites can be used as both optical and MRI contrast agents. It is worth mentioning that the presence of CdSe increased the effective magnetic anisotropy of the γ-Fe₂ O₃ -containg particles. This is a good attempt, but the low quantum yield (SiO₂ /MP-QD 1.1% to CdSe 11.4%) limits the actual effect. Willam J. Rieter et al. [39] also synthesized the same multifunctional nanocomposites. What is different is that [Ru (bpy)₃ ] Cl₂ was chosen as the luminescent core and the paramagnetic Gd complex was coated on the luminescent core by water-in-oil reverse microemulsion method. The nanocomposites were finally embedded in silica in the same way. The results of Fig. 15 proved that hybrid silica nanoparticles had good optical and MRI performances in biological imaging. Mesoporous silica nanospheres doped with europium (Eu-MSN) were obtained by Mengchao Shi et al. [32]. Nanoscale size (280–300 nm) and fluorescent property were the basic for an ideal biolabeling material. They found that Eu-MSNs had a positive influence on osteogenesis and angiogenesis-induction. By promoting proper response of macrophages and the expression of relevant genes, the defect of bone replaced by new bone and the healing process of skin wound can accelerate with Eu-MSNs. Besides the function of biolabeling, the LSNs showed the potential in tissue repair. LSNs can achieve the target binding effect by modifying the special group. In Duarte’s work [33], organosilane Bpy-Si was chosen as a ligand of Eu complex for the further reaction with silica. SiO₂ -[Eu (TTA)₃ (Bpy-Si)] nanoparticles were obtained with a uniform size (28 ± 2 nm). With a further modification of an amino acid spacer and an anchor group (anti-Escherichia coli , IgG1), the functionalized silica had the specific bonding with E . coli bacteria. It was easy to get the distribution of E . coli bacteria with luminescence. The bio-multifunction of LSNs was also carefully studied by Laranjeira et al. [82]. Gadolinium (Gd) composites with unique magnetic properties have potential in MRI contrast agents but Gd3+ ions are toxic in humans especially in kidneys and pancreas. GdOHCO₃ nanoparticles were chosen as the MRI contrast core and coated with silica layer via Stöber method. With the silica coating, the Gd composite (SiGdOHCO₃ ) had the same brightness of MRI contrast images but no degradation at designed pH values (5.5, 6.0, and 7.4). And SiGdOHCO₃ had little effect on human fibroblasts according to the cell proliferation assay which indicated an excellent biocompatibility. Silica provides a more stable environment and further possible modification for GdOHCO₃ without affecting MRI performance. By diverse micelles method, Atabaev et al. [83] synthesized Gd₂ O₃ :Tb ³⁺ ,Eu ³⁺ @SiO₂ nanoparticles which can be used as both MRI contrast and fluorescence agents in vivo. The above two examples perfectly reflected the role of LSNs in multifunction with the silica platform.

un TEM image and b HRTEM image of SiO₂ /MP-QD nanoparticles [48]

The imaging results of monocyte cells with a optical microscopic, b laser scanning confocal fluorescence, c , d the images of monocyte cells with MR:left for unlabeled monocyte cells and right for hybrid silica nanoparticles labeled monocyte cells, e flow cytometric results of blank and hybrid silica nanoparticles-labeled monocyte cells, and f the cell viability with different amount of hybrid silica nanoparticles [39]

LSNs have great application value in drug delivery. Hongmin Chen synthesized luminescent mesoporous silica nanoparticles biofunctionalized by targeting motifs, which makes them applicable in drug delivery [47]. They first prepared APS-containing mesoporous silica particles, and subjected the products to calcination at 400 for 2 h. They synthesized mesoporous silica by the help of cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB). There were luminescent carbon dots in the silica matrix after calcination. The fluorescence intensity was at the maximum when the particles were excited at 380 nm. The target selectivity of FL-SiO₂ was achieved by surface modification of RGD peptide with the help of APS. They also studied the RGD-FL-SiO₂ loading and release of doxorubicin (Dox). After calcination, fluorescent mesoporous silica (FL-SiO₂ ) can still load Dox effectively. The porous structure was not affected by calcination. They found that RGD-FL-SiO₂ had good luminescent effect especially around the blood vessels of tumor in vivo imaging studies. Intégrine α_{v 3} of the tumor was the key of the interactions. Although there are many excellent attempts to apply LSNs to medicine but less successful clinical tests in human beings means that there is still a long way to go for the real medicine applications.

Light-Emitting Devices

Due to their special emitting features, LSNs also play a vital role in light emission fields including the field emission- and liquid crystal-based display technologies [84]. WLEDs have received recent attention for their broad applications including general illumination and displays. Tunable color, high color purity, and luminescence efficiency are in line with the requirements of light-emitting diodes (LEDs) [85]. Quantum dot-based light-emitting diodes (QD-LEDs) have demonstrated recently, and may offer many advantages over conventional LED and organic light-emitting diodes (OLEDs) technologies in terms of color purity, stability, and production cost, while still achieving similar levels of efficiency. In order to improve the performances of polymer dots (Pdots) as WLED phosphors, Kaiwen Chang et al. [49] introduced some Pdots with different emission wavelength into the Stöber system to get encapsulated. The silica-encapsulated Pdots showed the same luminescence properties but markedly enhanced photostability.

To reduce the manufacturing complexity required for achieving full-color displays, it is more desirable to use a common device structure to achieve high efficiency for three primary colors (blue, green, and red). QDs have been widely used in display field because of its unique luminescent properties, such as high luminescent intensity, narrow emission spectra, and tunable emission. Chun Sun et al. [34] synthesized the perovskite QDs, CsPbBr₃ , as the light-emitting core of WLEDS. Only the perovskite QDs are not enough for a LED device since photostability and stability are necessary for an optical device under long-time work and elevated temperature. There are anion-exchange reactions between different halide QD nanoparticles which would widen the narrow emission spectrum. QD/silica composite were fabricated in APS to avoid oxidation and decomposition. So they used APTES as the QDs’ capping agent and improved the silica coating process to avoid the decomposition of the QDs. Green and red QD/silica composites were synthesized and a WLED was obtained by the combination of the composites with a blue LED chip. The WLED had good performances with great air stability as depicted in Fig. 16.

The optical performances of the WLED:a the emission spectra, b the CIE color coordinates and the color triangle of WLED (red dashed line) with the NTSC TV standard (black dashed line), c the power efficiency, and d emission spectra after working for a while [34]

LSNs can keep good dispersion, brightness, and photostability of QDs. Hung-Chia Wang et al. [35] provided a new composite method for QDs and silica (Fig. 17). By mixing the QDs with mesoporous silica powder of which pore size was bigger than that of QDs in non-polar solution, mesoporous silica green PQD nanocomposite was obtained after washing and drying. The quantum dot showed better thermal stability and photostability after composited with silica. On the other hand, QDs are a typical kind of aggregation-caused quenching (ACQ) nanoparticles, which means that it is necessary to keep a good dispersion to get a good brightness and photostability. Kai Jiang et al. [86] synthesized carbon dots with red, green, and blue luminescence with phenylenediamines as precursors to enhance luminescence properties as solution and poly (vinylalcohol) (PVA) film. But it would exist quenching effect as solid-state CDs which was fatal for LED devices owing to aggregation and the result Förster resonance energy transfer (FRET). To avoid the dispersion and the resulting FRET phenomenon, Junli Wang et al. [36] embedded carbon dots into silica matrix (Fig. 18) by dispersing carbon dots into the N -(3-(trimethoxysilyl)propyl) ethylenediamine (KH-792) and heating to form a homogenous CD/silica film. A white LED was fabricated by drying the CD/silica solution on the inner wall. By the assistant of silica, CDs were well dispersed with an appropriate distance without quenching which improve the performance as powders. Figure 18 showed the emission spectra and performance in WLED. And the CIE coordinates (0.44, 0.42) and correlated color temperature (CCT) (2951 K) suggested that it was suitable for indoor illumination.

un The formation progress of MP-CsPbBr3PQDs. b The luminescence intensity and the color triangle of WLED [35]

The performance of WLED showed as a the emission spectrum and b for CIE chromaticity and CCT [36]

Sensors

Luminescent silica showed the excellent performances on static luminescent materials, such as biolabeling and WLED phosphors. All these were based on their unique and stable optical properties. When it came to dynamic luminescent materials, LSNs also display the same wonder [9]. The luminescent sensors of pH [28], ions [87], and temperature [40] are following as representatives.

pH value have great influence on the luminescence intensity which inspires luminescent pH sensor. In the same principle as ref. [22], Atabaev et al. synthesized the same ratiometric pH sensor [28]. FITC was chosen as the pH-dependent luminescence dye and Y₂ O₃ :Eu ³⁺ as pH stable dye. With the Stöber coating of silica, Y₂ O₃ :Eu ³⁺ @SiO₂ with FITC composite NPs were successfully synthesized. The change of pH was reflected by the ratio of fluorescence intensity (I _FITC /I _Y2O3:Eu3+ ). The standard dye led to a less influence of concentration and a more accurate result.

LSNs can also be used as ions sensors. Based on the changes of luminescence intensity with the measured physical quantity, LSNs have been applied to many sensor fields by the environment-dependent effect of the luminescence. Quenching effect is an effective detective tool to detect the changes of quenching factors such as ions and pH value with external quenching mechanisms such as FRET and photoinduced electron-transfer (PET) [9]. Sensors for metal ions are important fields whether in cells or open system. Won Cho et al. [37] synthesized europium (III) coordination polymer (EuCP) and found the specific quenching effect of Cu ²⁺ (Fig. 19). In view of this fact, they synthesized silica@EuCP microsphere which have the same sensitivity on Cu ²⁺ with less mass of europium. As an auxiliary material, silica can effectively reduce the amount of sensor materials. Both of them have their unique situations. Besides quenching effect, there are some different effects which can be used in the fields of sensors. 2,2-Dipicolylamine (DPA) and its derivatives have good affinity to heavy ions. And enhanced luminescence effect would happen after chelated with heavy ions. Yu Ding et al. [29] modified silica spheres with N ,N ′-bis (pyridine-2-ylmethyl)ethane-1,2-diamine (Fig. 20). The concentration of heavy ions (Cd ²⁺ Hg ²⁺ and Pb ²⁺ ) in samples can be determined by the change of fluorescence intensity. The test in real water samples and simulated biological samples confirmed the heavy metal ions-binding ability and the detection which has application prospects in the water monitoring and so on.

un Confocal microscopy and OM (inset) images of silica@EuCP microspheres. b Luminescence spectra with different Cu (NO₃ )₂ in MeCN; luminescence intensity changes (c ) and photograph (d ) with different metal ion solutions (5 mM) [37]

The formation and sensing progress scheme of sensitive fluorescent sensor (FSCHP) [29]

Temperature sensors are also important applications of LSNs. Temperature is a basic variable in most science fields. The temperature dependence of radiative and non-radiative transition rates is the core content of temperature sensing which makes it possible for luminescence temperature sensing, with the contactless and large-scale advantages [9]. However, in order to be applied in practice, their stability is crucial as the environment of application is more complex than of that of experiment condition. Silica is an ideal matrix to improve their performance for application. Mirenda et al. [40] synthesized silica as the core and then TEOS was hydrolyzed with Ru (bpy)₃ Cl₂ to form the Ru (bpy)₃ @SiO₂ NPs. The emission spectra of Ru (bpy)₃ @SiO₂ NPs (Fig. 21) showed that the intensity of Ru (bpy)₃ @SiO₂ NPs decreased linearly as the temperature rising as the result of the activated non-radiative ³ d-d state (20–60 °C, λ_exc  = 463 nm). The polyethyleneimine (PEI)-modified glass with Ru (bpy)₃ @SiO₂ NPs showed the same trend as the NPs which proved that the potential as the temperature sensing. With cycling the temperature between 20 and 60 °C, the relative slope decreased until the seventh cycle which meant that it is necessary to condition to obtain the stable sensing materials. The influence of temperature on probes is complicated. So it is necessary to research the temperature-dependent luminescence of the probes to know how to apply it into temperature sensors. Temperature is a fundamental variable that governs diverse intracellular chemical and physical interactions in the life cycle of biological cells. The change of temperature reflects the level of cell metabolism. GdVO₄ co-doped with Er ³⁺ (1 mol%) and Yb ³⁺ (1 mol%) has the potential to apply as the temperature sensor. To improve their performance as temperature sensor, Savchuk et al. [41] coated silica shell on the nanoparticles surface by Stöber method. The fluorescence intensity ratio (FIR) of Er, Yb:GdVO₄ , I ₅₂₀ /I ₅₅₀ , had a certain linear relationship with temperature in the range from 297 to 343 K after excitation at 980 nm. And the probes got enhanced thermal sensitivity, high thermal resolution and good stability in different solvents. And the result of the ex vivo experiment to monitor temperature evolution with the special sensor showed in Fig. 22 proved that Er, Yb:GdVO₄ @SiO₂ core-shell nanoparticles had a good thermal resolution as the temperature sensor in biomedical applications.

un PL spectra of Ru (bpy)₃ @SiO₂ under different temperature. b The peak intensity changes as a function of temperature [40]

un I ₅₂₀ /I ₅₅₀ with different temperature for Er, Yb:GdVO₄ and Er, Yb:GdVO₄ @SiO₂ . b The sketch map for the ex vivo temperature determination experiment. c The results of the temporal evolution of temperature for the Er, Yb:GdVO₄ @SiO₂ and a thermoresistor Pt-100 [41]

Conclusion

In this article, LSNs with various functions demonstrate that silica is an ideal host material for luminescent dyes. The visualization of related parameters is the most special feature of luminescent dyes. Various luminescent materials have their own advantages but there are still some defects which limit their applications. Improved brightness, photostability, and thermal stability are the advantages of LSNs with the protection of silica. At the same time, it provides phosphors with a versatile platform which makes it possible to become multifunctional and specially modified. Excellent performance, adjustable adaptability, and potential versatility broaden the applications of fluorescent materials. LSNs have great potential in many unmentioned fields such as solar cells and photocatalysts. However, there is still a long way to apply LSNs to the actual species. Poor selectivity and low signal-to-noise ratio in complex conditions are factors that constrain LSNs for the practical applications which need to be further studied. Defined distances between phosphors and LSPR metal deserve more investigations to get the positive effect. Many new luminescent materials with excellent luminescence properties have been developed which means that it is necessary to improve the traditional synthetic methods to obtain LSNs. Silica is a traditional modified material but LSNs still have great potential for development.

Abréviations

ACQ:

Aggregation-caused quenching

AIEgen:

Aggregation-induced emission luminogens

AMP:

Adenosine 5′-monophosphate

An18:

An aggregation-induced emission-based organic fluorogen derivatized from 9,10-distyrylanthracene with alkoxyl endgroup

APS:

(3-Aminopropyl)triéthoxysilane

APTES:

3-Aminopropyltriethoxysilane

APTS:

(3-Aminopropyl)trimethoxysilane

B:

Blue

BAM:

Bio-anchored membrane

CCT:

Corresponding correlated color temperature

CDs:

Carbon dots

CDSP:

Carbon dot-silica- phosphor composite

CIE:

Commission Internationale de l’Eclairage

CLSM:

Confocal laser scanning microscope

CRI:

Color rendering index

CTAB:

Cetyltrimethyl ammonium bromide

CVD:

Chemical vapor deposition

DDT:

1-Dodecanethiol

Dox:

Doxorubicin

DPA:

2,2-Dipicolylamine

F127:

Poly (ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol)

FIR:

Fluorescence intensity ratio

FITC:

Fluorescein isothiocyanate

FL-SiO₂ :

Fluorescent mesoporous silica

FRET:

Förster resonance energy transfer

FSCHP:

Sensitive fluorescent sensor

FSNP:

Fluorescent silica nanoparticle

G:

Green

H:

The ratio of water/TEOS

HPTS:

8-Hydroxypyrene-1,3,6-tresulfonic acid

HRTEM :

High resolution transmission electron microscopy

IgG1:

Anti-Escherichia coli

KH-792:

N-(3-(trimethoxysiyl)propyl)ethylenediamine

LEDs:

Ligh-emitting diodes

LSN:

Luminescent silica nanoparticle

LSPR:

Local surface plasmon resonance

MPS:

3-Mercaptopropyltrimethoxysilane

MPs:

Magnetic particles

MQDs:

Magnetic quantum dots

MRI:

Magnetic resonance imaging

MTT:

Methyl tetrazolium

NIR:

Near-infrared

NTSC:

National Television System Committee

OLEDs:

Organic light-emitting diodes

OSNC:

Organosilica nanocrystal

OTES:

n-Octyltriethoxysilane

PBS:

Phosphate-buffered saline

Pdots:

Polymer dots

PEI:

Polyethyleneimine

PET:

Photoinduced electron transfer

PVA:

Poly (vinylalcohol)

PVIS:

Poly (1-vinylimidazole-co-vinyltrimethoxysilane)

QD655:

A kind of commercial quantum dots

QD-LEDs:

Quantum dot-based light-emitting diodes

QDs:

Quantum dots

R:

Red

R:

The ratio of water/surfactant

RBL-2H3:

Rat basophilic leukemia mast cells

SEM :

Microscope électronique à balayage

TEM :

Microscope électronique à transmission

TEOS:

Tetraethoxysilane

TPETPAFN:

A typical fluorogen consisting of two tetraphenylethylene pendants and an intramolecular charge transfer core

TRITC:

Tetramethylrhodamine isothiocyanate

UC:

Upconversion

UCNP:

Upconversion nanoparticles

UCNPs@SiO2@EuTP:

NaGdF4:Yb,Er@SiO2@Eu (TTA)3Phen

UV:

Ultraviolet

VTES:

Vinyltriethoxysilane

WLED:

White light-emitting diode