Pihlgrenin tutkimia up-konversioluminesenssimateriaaleja hyödynnetään esimerkiksi lasereissa, näytöissä, arvopaperien varmenteissa, aurinkokennoissa sekä lääketieteellisessä diagnostiikassa. Eräs uusi sovellus, joka hyödyntää up-konversiomateriaaleja, on homogeeninen immunomääritys kokoveressä.
Seerumi- ja plasmanäytteisiin verrattuna kokoveren käyttö sellaisenaan näytemateriaalina nopeuttaa laboratoriotestejä huomattavasti, koska näytteen esikäsittelyyn kuluva aika saadaan eliminoitua.
- Perinteisissä laboratoriotesteissä seerumi- ja plasmanäytteitä tutkitaan mittaamalla näytteistä valoa. Yksinkertaisempi kokoveren käyttö on tähän asti ollut ongelmallista, sillä kokoveri imee itseensä voimakkaasti ultraviolettisäteilyä ja osittain myös näkyvää valoa. Näin ollen valon mittaaminen suoraan kokoverestä ei ole ollut mahdollista perinteisiä, ultraviolettivalolla viritettäviä fluoresoivia leimoja käytettäessä, Pihlgren kertoo.
Lisäksi up-konversiosovellusten etu analyyttisissä määrityksissä on pieni taustasäteily ja sitä kautta matalat havaitsemisrajat.
Uusi menetelmä ratkaisee kokoveren tutkimiseen liittyvät haasteet
Perinteisessä fotoluminesenssissa loisteainemateriaaliin kohdistetaan korkeaenergistä säteilyä, esimerkiksi ultraviolettisäteilyä, ja materiaali tuottaa ultraviolettisäteilyä matalaenergisempää näkyvää valoa. Menetelmää ei ole voitu hyödyntää kokoveren tutkimisessa, vaan verinäyte on täytynyt esikäsitellä plasma- ja seeruminäytteiksi.
Up-konvertoivat loisteaineet virittyvät puolestaan matalaenergisellä lähi-infrapunasäteilyllä ja tuottavat tätä korkeampienergistä säteilyä, esimerkiksi punaista, vihreää tai sinistä näkyvää valoa tai jopa UV-säteilyä.
- Tutkimukseni perusteella up-konvertoivat loisteaineet selättävät valon mittaamiseen liittyvät ongelmat, joita kokoveren käyttöön immunomäärityksissä on tähän asti liittynyt, Pihlgren tarkentaa.
Fluoridiloisteaineet parhaita voimakkaan up-konversioluminesenssin tuottamisessa
Materiaalin pienen hiukkaskoon tiedetään heikentävän luminesenssin voimakkuutta. Tämä johtuu hiukkasten suuren pinta-alan kyvystä absorboida ympäristöstä epäpuhtauksia, jotka heikentävät luminesenssia. Pihlgren pyrki väitöstyössään optimoimaan luminesenssivoimakkuuden ja hiukkaskoon tutkimalla useita eri pohjamateriaaleja sekä herkistimen ja aktivaattorin pitoisuuksia. Lisäksi hän tutki materiaalien epäpuhtauksien ja kiderakenteen vaikutusta up-konversioluminesenssin voimakkuuteen.
Up-konversioluminesenssimateriaalien kidehilassa on useimmiten harvinaisista maametalleista, eli lantanideista, koostuva herkistin-aktivaattori-yhdistelmä. Pihlgrenin työssä tutkitut fluoridiloisteaineet sisältävät ytterbiumia herkistimenä ja erbiumia aktivaattorina.
- Tulokset osoittivat, että fluoridiloisteaineet soveltuivat parhaiten voimakkaan up-konversioluminesenssin tuottamiseen. Tutkituissa zirkoniumoksidimateriaaleissa havaittiin puolestaan täysin uusi ilmiö, viivästynyt up-konversioluminesenssi. Näin ollen oksidimateriaalien käyttö immunomäärityksissä on vähemmän hyödyllistä kuin fluoridiloisteaineiden, Pihlgren tarkentaa.
**
Tiistaina 16. joulukuuta 2014 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Arcanum, Arc1-auditorio, Arcanuminkuja 4, Turku) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Laura Pihlgrenin väitöskirja ”NIR-Vis Up-Conversion Luminescence in the Yb3+,Er3+ Doped Y2O2S, ZrO2, and NaYF4 Nanomaterials” (NIR-Vis -up-konversioluminesenssi Yb3+,Er3+-seostetuissa Y2O2S-, ZrO2- ja NaYF4-nanomateriaaleissa). Virallisena vastaväittäjänä toimii tohtori Artur Bednarkiewicz Puolan tiedeakatemiasta ja kustoksena dosentti Mika Lastusaari Turun yliopistosta.
FM Laura Pihlgren on syntynyt 1979 Kaarinassa ja kirjoittanut ylioppilaaksi 1998 Kaarinan lukiosta. Filosofian maisteriksi Pihlgren valmistui 2006 Turun yliopistosta. Hän toimii erikoistuvana kemistinä Tykslabissa Varsinais-Suomen sairaanhoitopiirin TYKS-SAPA -liikelaitoksessa. Väitös kuuluu kemian alaan.