Hybrid multifonctionnel Fe ₂ O ₃ -Au Nanoparticules pour Efficient chauffage plasmonique

L’objectif général de cette étude de recherche est d’étudier les propriétés d’une nouvelle classe de nanoparticules d’or d’oxyde de fer multifonctionnelles produites par une approche chimique humide, et de montrer comment elles peuvent transduire efficacement la lumière en chaleur par des effets plasmoniques. Une façon de réduire les coûts associés aux nanoparticules de métaux nobles pour les applications industrielles est de créer des alternatives moins chères qui ont les mêmes propriétés à une fraction du coût. Par exemple, les nanoparticules d’or d’oxyde de fer peuvent chauffer photothermiquement des solutions aqueuses aussi efficacement que les nanoparticules d’or pur, tout en conservant les propriétés d’origine de ces dernières.

En raison de leur faible coût et de leurs propriétés uniques, nos nanoparticules peuvent être utilisées pour des applications telles que la manipulation photothermique AnaLight, l’imagerie et la détection biomédicales, le traitement analytique et la détection magnétique. Pour commencer cette procédure, préparez une solution mère de 25 millimolaires d’oxyde de fer dans de l’eau désionisée. Ajoutez 10 millilitres d’eau déminéralisée et une barre d’agitation dans une fiole conique de 25 millilitres.

Après avoir placé le ballon sur un bloc chauffant, ajoutez 100 microlitres de la solution mère d’oxyde de fer et chauffez le mélange en remuant pendant environ cinq minutes. Ensuite, préparez 10 millilitres d’une solution de citrate de sodium à 1 % en dissolvant 0,1 gramme de citrate de sodium dans 10 millilitres d’eau. Ajouter 1 millilitre de la solution de citrate de sodium à 1 % dans la fiole contenant la solution d’oxyde de fer.

Après avoir chauffé la solution à 100 degrés Celsius, ajoutez 250 microlitres d’acide chloroaurique 0,01 molaire dans le ballon. Continuez à chauffer la solution à 100 degrés pendant 10 minutes. Ensuite, retirez la solution du bloc chauffant et laissez-la refroidir à température ambiante pendant une à deux heures.

Ensuite, purifier les échantillons par centrifugation pendant sept minutes à 4 700 x g. Lorsque vous avez terminé, retirez le surnageant des échantillons. Ensuite, déboursez les nanoparticules dans jusqu’à un millilitre d’eau déminéralisée.

Pour caractériser les nanoparticules, placez trois millilitres de la solution aqueuse brun rougeâtre dans une cuvette en méthacrylate. Placez un aimant acheté dans le commerce à proximité de la cuvette. À ce stade, allumez l’alimentation et la balance du laser.

Positionnez les fenêtres de balancier de manière à ce qu’elles n’obstruent pas la trajectoire du laser ou ne bloquent pas les thermocouples IR. Après avoir retiré les couvercles de protection des thermocouples IR, ouvrez le logiciel de collecte de données, cliquez sur Exécuter et nommez la mesure, Warm Up.Pendant que le système se réchauffe, dans une hotte, préparez l’échantillon en pipetant la quantité appropriée de la solution souhaitée dans une cuvette en méthacrylate. Réglez la puissance du laser sur le réglage le plus bas qui produit un faisceau à peine visible.

Assurez-vous que le faisceau laser n’est pas obstrué et qu’il reste au point focal du thermocouple IR. Ensuite, placez l’échantillon sur le bras de la balance, de sorte que le côté de la cuvette soit perpendiculaire au faisceau de mesure IR du thermocouple, et que le faisceau laser frappe le centre de la solution. Réduisez la puissance du laser jusqu’à ce que le faisceau ne soit plus visible.

Une fois l’échauffement terminé, arrêtez le programme de mesure et quittez le logiciel. Après avoir remis le solde à zéro et ouvert le logiciel de collecte de données, cliquez sur, Exécuter et créez un nom pour le fichier de données. Démarrez la collecte de données en cliquant sur Enregistrer.

Après 120 secondes de collecte de données, augmentez la puissance du laser sur le réglage souhaité. Après la collecte de données pendant 1000 secondes supplémentaires, ajustez la puissance du laser au réglage minimum et coupez l’alimentation laser. Une fois l’expérience terminée, quittez le programme.

Après avoir tout éteint et récupéré tout l’équipement, enregistrez les données expérimentales dans un format ascii pour un traitement ultérieur. L’analyse MEB révèle la morphologie des nanoparticules d’or d’oxyde de fer, montrant des agrégats de particules d’oxyde de fer irrégulières arrondies qui semblent fonctionnalisées avec des nanoparticules d’or plus petites, brillantes et arrondies. Un pic d’absorbance distinct dans le spectre UV-Vis-NIR des nanoparticules hybrides est observé à 520 nanomètres, et est attribué au mode LSPR des nanoparticules d’or, fonctionnalisant l’oxyde de fer.

Les spectres d’absorbance UV-Vis de la solution réactionnelle montrent une légère absorbance initiale de la lumière visible, attribuée aux nanoparticules d’oxyde de fer dispersées dans la solution. Au fur et à mesure que la réaction se déroule, un pic se forme à 1,5 minute, ce qui correspond à la formation et au dépôt de nanoparticules d’or à la surface de l’oxyde de fer. Les mesures de chauffage photothermique de l’oxyde de fer d’or et des nanoparticules d’or présentent un profil de température presque identique, avec des températures augmentant de plus de 40 degrés Celsius.

L’expérience de l’eau désionisée ne montre aucun changement, ce qui démontre que l’augmentation de la température dans les solutions de nanoparticules est uniquement due à la dissipation de l’énergie électromagnétique absorbée dans les nanoparticules. La variation de la masse de la solution de nanoparticules est beaucoup plus importante que le taux d’évaporation de fond, ce qui indique des températures de surface suffisamment élevées pour générer de la vapeur à un taux significatif. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en deux heures si elle est exécutée correctement.

Lors de cette procédure, il est important d’utiliser de la verrerie de laboratoire propre afin de garantir des résultats reproductibles. Après cette procédure, d’autres méthodes telles que la microscopie électronique, l’UV-Vis et le DLS peuvent être effectuées afin de déterminer si des dommages induits par le laser se sont produits. Prenez les précautions appropriées lorsque vous travaillez avec des faisceaux laser ouverts, comme aligner le système avec des puissances laser minimales, vérifier les réflexions parasites bloquant l’étranger, fermer le laser dans la mesure du possible et porter des lunettes de sécurité laser appropriées si nécessaire.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de produire des nanoparticules bon marché en grandes quantités et de la façon de générer de la chaleur ciblée sans fil et à la demande pour des applications du monde réel.