A colaboração entre os investigadores da Universidade de Aveiro Carlos Brites, Patrícia Lima, Nuno Silva, Vítor Amaral e Luís Carlos (Departamento de Física e CICECO) e os investigadores Angel Millán e Fernando Palácio, do Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (pertencente ao Consejo Superior de Investigaciones Científicas e à Universidade de Saragoça) resultou na publicação de um artigo científico na revista Advanced Materials (um dos mais prestigiados periódicos em Ciência de Materiais) onde se descreve um nanotermómetro luminescente que combina um número de propriedades que o torna ímpar, quando comparado com outros termómetros luminescentes propostos anteriormente.

A medição da temperatura é crucial para inúmeras investigações científicas e desenvolvimentos tecnológicos, representando actualmente 75 a 80% do mercado mundial de sensores. Os termómetros tradicionais não são geralmente adequados para medir a temperatura a escalas abaixo de 10 µm (cerca de 10 vezes menor que o diâmetro médio do cabelo humano).

Esta limitação intrínseca tem encorajado o desenvolvimento de novos termómetros sem contacto e com precisão espacial da ordem dos micrómetros ou, mesmo, nanometros (um milhão de vezes menor que o milímetro). A dependência da luminescência com a temperatura é uma ferramenta não invasiva e precisa que permite medir temperatura a estas escalas.

A técnica envolve geralmente iões lantanídeos trivalentes (como por exemplo o európio, Eu3+, e o térbio, Tb3+) e funciona remotamente através de um sistema de detecção óptica, mesmo em fluidos biológicos, campos electromagnéticos intensos e objectos em movimento. O novo termómetro é auto-referenciado (não necessita de uma referência externa para medir temperatura), permitindo medições absolutas entre 10 e 350 K (a escala de temperaturas Kelvin é a escala usada comummente pela comunidade científica e equivale à escala Celsius com um deslocamento do zero para -273ºC). A sensibilidade térmica é de cerca de 4.9%/K, 1,5 vezes superior que o valor mais elevado reportado previamente para sensores de temperatura baseados em iões lantanídeo, e exibe elevada fotoestabilidade em uso prolongado.

O nanotermómetro consiste em complexos de Eu3+ e Tb3+ incorporado em nanoagregados híbridos (100-400 nm) formados por um núcleo magnético de óxido de ferro (g-Fe2O3) recobertos por uma camada de sílica orgânica (tetraetilortosilicato/aminopropil trietoxisilano, TEOS/ATPES), tal como mostra a imagem anexa enviada por e-mail. As nanopartículas alteram as suas propriedades de emissão (que os nossos olhos conseguem perceber como cor) de forma consistente com a temperatura, tornando possível prever a temperatura pela “cor” do material (tal como mostra a imagem anexa). Pode ainda ser ajustado a gama de funcionamento actuando no rácio Eu3+/Tb3+ ou alterando a matriz de suporte.

Os investigadores demonstraram que a escolha adequada da matriz de suporte permite o processamento do material termométrico como um filme, tendo em vista a obtenção de um mapa bidimensional de distribuição de temperatura de elevada resolução (a resolução espacial é limitada pelo tamanho dos detectores empregues, ~1-10 µm para fibras ópticas comerciais e câmaras CCD), com potencial aplicação na microelectrónica, por exemplo.

A combinação do termómetro molecular luminescente com um núcleo magnético permite, além das propriedades descritas, adicionar multifuncionalidade ao dispositivo. Quando comparado com os termómetros propostos até hoje, o novo termómetro representa um passo em frente na termometria à escala nanométrica. Os investigadores antecipam, assim, que as sinergias que resultam da combinação da medição/mapeamento da temperatura e do superparamagnetismo abrem caminho para novas aplicações promissoras, especialmente no campo da biomedicina.

Em particular, esta associação produzirá um instrumento ímpar para mapear, de uma forma não invasiva, distribuições de temperatura em tecidos biológicos (como tumores, por exemplo), durante a libertação de energia, durante a aplicação de um campo alternado às nanopartículas magnéticas (hipertermia magnética), sendo este, sem dúvida, uma ferramenta poderosa para estudar os processos bioquímicos à microescala que ocorrem no interior de uma célula.