Despite recent achievements to reduce surface quenching in NaYF4:Yb,Er nanocrystals, a complete understanding of how the nanocrystal size affects the brightness of upconversion luminescence is still incomplete. Here we investigated upconversion luminescence of Yb,Er-doped nanocrystals in a broad range of sizes from 6 nm to 45 nm (cubic or hexagonal phases), displaying an increasing red-to-green luminescence intensity ratio and reduced luminescence lifetimes with decreasing size. By analyzing the upconversion process with a set of rate equations, we found that their asymptotic analytic solutions explain lower decay rates of red compared to green upconversion luminescence. Furthermore, we quantified the effect of the surface on luminescence lifetime in a model where nanocrystal emitters are divided between the near-surface and inside regions of each nanocrystal. We clarify the influence of the four nonradiative recombination mechanisms (intrinsic phonon modes, vibration energy of surface ligands, solvent-mediated quenching, and surface defects) on the decay rates for different-size nanocrystals, and find that the defect density dominates decay rates for small (below 15 nm) nanocrystals. Our results indicate that a defect-reduction strategy is a key step in producing small upconversion nanocrystals with increased brightness for a variety of bioimaging and biosensing applications.

Abstract Superoxide dismutase (SOD) is known to be protective against oxidative stress-mediated skin dysfunction. Here we explore the potential therapeutic activities of RM191A, a novel SOD mimetic, on skin. RM191A is a water soluble, dimeric copper (Cu 2+ -Cu 3+ )-centred polyglycine coordination complex. It displays 10-fold higher superoxide quenching activity compared to SOD as well as significant anti-inflammatory activity through beneficial modulation of several significant inflammatory pathways in cells. We tested the therapeutic potential of RM191A in a topical gel using a human skin explant model and observed that it significantly inhibits UV-induced DNA damage in the epidermis and dermis, including cyclobutane pyrimidine dimers (CPD), 8-oxo-guanine (8-oxoG) and 8-nitroguanine (8NGO). RM191A topical gel is found to be safe and non-toxic in mice following month-long daily dosing at 0.19 mL/kg body weight. Moreover, it significantly accelerates excisional wound healing, and reduces 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)-induced skin inflammation in mice. Highlights Superoxide dismutase mimetic RM191A is a highly stable copper (Cu 2+ -Cu 3+ )-polyglycine coordination complex RM191A exhibits potent antioxidant (10-fold more than that of superoxide dismutase) properties in vitro RM191A exhibits potent anti-inflammatory properties in vitro and in vivo RM191A protects human skin explants against UV-induced oxidative stress and DNA damage RM191A is non-toxic and readily bioavailable in mice RM191A attenuates TPA-induced skin inflammation and improves wound healing in mice