Non-invasive precise thermometers working at the nanoscale with high spatial resolution, where the conventional methods are ineffective, have emerged over the last couple of years as a very active field of research. This has been strongly stimulated by the numerous challenging requests arising from nanotechnology and biomedicine. This critical review offers a general overview of recent examples of luminescent and non-luminescent thermometers working at nanometric scale. Luminescent thermometers encompass organic dyes, QDs and Ln3+ions as thermal probes, as well as more complex thermometric systems formed by polymer and organic–inorganic hybrid matrices encapsulating these emitting centres. Non-luminescent thermometers comprise of scanning thermal microscopy, nanolithography thermometry, carbon nanotube thermometry and biomaterials thermometry. Emphasis has been put on ratiometric examples reporting spatial resolution lower than 1 micron, as, for instance, intracellular thermometers based on organic dyes, thermoresponsive polymers, mesoporous silica NPs, QDs, and Ln3+-based up-converting NPs and β-diketonate complexes. Finally, we discuss the challenges and opportunities in the development for highly sensitive ratiometric thermometers operating at the physiological temperature range with submicron spatial resolution.

Advanced MaterialsVolume 22, Issue 40 p. 4499-4504 Communication A Luminescent Molecular Thermometer for Long-Term Absolute Temperature Measurements at the Nanoscale Carlos D. S. Brites, Carlos D. S. Brites Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorPatricia P. Lima, Patricia P. Lima Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorNuno J. O. Silva, Nuno J. O. Silva Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorAngel Millán, Angel Millán Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain)Search for more papers by this authorVitor S. Amaral, Vitor S. Amaral Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorFernando Palacio, Corresponding Author Fernando Palacio [email protected] Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain) Fernando Palacio, Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain). Luís D. Carlos, Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorLuís D. Carlos, Corresponding Author Luís D. Carlos [email protected] Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal) Fernando Palacio, Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain). Luís D. Carlos, Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this author Carlos D. S. Brites, Carlos D. S. Brites Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorPatricia P. Lima, Patricia P. Lima Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorNuno J. O. Silva, Nuno J. O. Silva Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorAngel Millán, Angel Millán Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain)Search for more papers by this authorVitor S. Amaral, Vitor S. Amaral Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorFernando Palacio, Corresponding Author Fernando Palacio [email protected] Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain) Fernando Palacio, Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain). Luís D. Carlos, Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this authorLuís D. Carlos, Corresponding Author Luís D. Carlos [email protected] Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal) Fernando Palacio, Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias and Instituto de, Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC–Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza (Spain). Luís D. Carlos, Departamento de Física and CICECO, Universidade de Aveiro, 3810–193 Aveiro (Portugal)Search for more papers by this author First published: 30 August 2010 https://doi.org/10.1002/adma.201001780Citations: 383Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Graphical Abstract A unique Eu3+/Tb3+ luminescent self-referencing nanothermometer allowing absolute measurements in the 10–350 K temperature range and sub-micrometer spatial resolution is reported (see Figure). It has up to 4.9%·K−1 temperature sensitivity and high photostability for long-term use. The combination of molecular thermometry, superparamagnetism and luminescence in a nanometric host matrix provides multifunctionality opening the way for new exciting applications. References 1 P. R. N. Childs, J. R. Greenwood, C. A. Long, Rev. Sci. Instrum. 2000, 71, 2959. 2 Y. H. Gao, Y. Bando, Nature 2002, 415, 599. 3 J. Lee, A. O. Govorov, N. A. Kotov, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7439. 4 J. Lee, N. A. Kotov, Nano Today 2007, 2, 48. 5 P. Löw, B. Kim, N. Takama, C. Bergaud, Small 2008, 4, 908. 6 E. Saïdi, B. Samson, L. Aigouy, S. Volz, P. Löw, C. Bergaud, M. Mortier, Nanotechnology 2009, 20, 115703. 7 S. Singh, K. Kumar, S. Rai, Sens. Actuators A 2009, 149, 16. 8 C. Gota, K. Okabe, T. Funatsu, Y. Harada, S. Uchiyama, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2766. 9 H. S. Peng, M. I. J. Stich, J. B. Yu, L. N. Sun, L. H. Fischer, O. S. Wolfbeis, Adv. Mater. 2010, 22, 716. 10 R. Schorer, E. Friess, K. Eberl, G. Abstreiter, Phys. Rev. B 1991, 44, 1772. 11 W. Ryba-Romanowski, J. Phys. Chem. Solids 1993, 54, 153. 12 S. Allison, G. Gillies, Rev. Sci. Instrum. 1997, 68, 2615. 13 N. Chandrasekharan, L. Kelly, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9898. 14 G. Walker, V. Sundar, C. Rudzinski, A. Wun, M. Bawendi, D. Nocera, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 3555. 15 S. Allison, G. Gillies, A. Rondinone, M. Cates, Nanotechnology 2003, 14, 859. 16 B. Zelelow, G. Khalil, G. Phelan, B. Carlson, M. Gouterman, J. Callis, L. Dalton, Sens. Actuators B 2003, 96, 304. 17 M. Mitsuishi, S. Kikuchi, T. Miyashita, Y. Amao, J. Mater. Chem. 2003, 13, 2875. 18 G. A. Baker, S. N. Baker, T. M. McCleskey, Chem. Commun. 2003, 2932. 19 G. E. Khalil, K. Lau, G. D. Phelan, B. Carlson, M. Gouterman, J. B. Callis, L. R. Dalton, Rev. Sci. Instrum. 2004, 75, 192. 20 A. Heyes, S. Seefeldt, J. Feist, Opt. Laser Technol. 2006, 38, 257. 21 H. Aizawa, T. Katsumata, S. Komuro, T. Morikawa, H. Ishizawa, E. Toba, Sens. Actuators A 2006, 126, 78. 22 S. Uchiyama, A. P. de Silva, K. Iwai, J. Chem. Educ. 2006, 83, 720. 23 X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, H. Zhang, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15119. 24 S. Katagiri, K. Manseki, Y. Tsukahara, K. Mitsuo, Y. Wada, J. Alloys Compd. 2008, 453, 1. 25 C. Gota, S. Uchiyama, T. Yoshihara, S. Tobita, T. Ohwada, J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2829. 26 A. Khalid, K. Kontis, Meas. Sci. Technol. 2009, 20, 025305. 27 V. Tikhomirov, K. Driesen, V. Rodriguez, P. Gredin, M. Mortier, V. Moshchalkov, Opt. Express 2009, 17, 11794. 28 S. Singh, K. Kumar, S. Rai, Appl. Phys. B: Lasers Opt. 2009, 94, 165. 29 L. Aigouy, E. Saïdi, L. Lalouat, J. Labéguerie-Egéa, M. Mortier, P. Löw, C. Bergaud, J. Appl. Phys. 2009, 106, 4301. 30 F. Palacio, A. Millán, N. J. Silva, L. D. Carlos, V. Amaral, P. P. Lima, C. D. S. Brites, Spain Patent P200930367 2009. 31 P. P. Lima, S. S. Nobre, R. O. Freire, S. A. Junior, R. A. Sa Ferreira, U. Pischel, O. L. Malta, L. D. Carlos, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 17627. 32 L. D. Carlos, R. A. Ferreira, J. P. Rainho, V. de Zea Bermudez, Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 819. 33 A. M. Jakob, T. A. Schmedake, Chem. Mater. 2006, 18, 3173. 34 L. Wang, M. C. Estevez, M. O’Donoghue, W. H. Tan, Langmuir 2008, 24, 1635. 35 V. D. Bermudez, L. D. Carlos, L. Alcacer, Chem. Mater. 1999, 11, 569. 36 L. D. Carlos, R. A. S. Ferreira, V. D. Bermudez, S. J. L. Ribeiro, Adv. Mater. 2009, 21, 509. 37 A. Jordan, R. Scholz, K. Maier-Hauff, M. Johannsen, P. Wust, J. Nadobny, H. Schirra, H. Schmidt, S. Deger, S. Loening, W. Lanksch, R. Felix, J. Magn. Magn. Mater. 2001, 225, 118. Citing Literature Supporting Information Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Filename Description adma_201001780_sm_suppl.pdf797.7 KB suppl Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume22, Issue40October 25, 2010Pages 4499-4504 ReferencesRelatedInformation

Non-invasive accurate thermometers with high spatial resolution and operating at sub-micron scales, where the conventional methods are ineffective, are currently a very active field of research strongly stimulated in the last couple of years by the challenging demands of nanotechnology and biomedicine. This perspective offers a general overview of recent examples of accurate luminescent thermometers working at micrometric and nanometric scales, particularly those involving advanced Ln3+-based functional organic–inorganic hybrid materials.