Multifunzionale ibrida Fe ₂ O ₃ -Au Nanoparticelle per un efficiente riscaldamento plasmoniche

L'obiettivo generale di questo studio di ricerca è quello di studiare le proprietà di una nuova classe di nanoparticelle multifunzionali di ossido di ferro e oro prodotte da un approccio chimico umido e mostrare come possono trasdurre in modo efficiente la luce in calore attraverso effetti plasmonici. Un modo per ridurre i costi associati alle nanoparticelle di metalli nobili per applicazioni industriali è quello di creare alternative più economiche che abbiano le stesse proprietà a una frazione del costo. Ad esempio, le nanoparticelle di ossido di ferro e oro possono riscaldare fototermicamente le soluzioni acquose con la stessa efficienza delle nanoparticelle di oro puro, pur mantenendo le proprietà originali di queste ultime.

Grazie al loro basso costo e alle loro proprietà uniche, le nostre nanoparticelle possono essere utilizzate per applicazioni come la manipolazione fototermica AnaLight, l'imaging e il rilevamento biomedico, l'elaborazione analitica e il rilevamento magnetico. Per iniziare questa procedura, preparare una soluzione madre di ossido di ferro 25 milliMolare in acqua deionizzata. Aggiungere 10 millilitri di acqua deionizzata e un'ancoretta in un pallone conico da 25 millilitri.

Dopo aver posizionato il pallone su un blocco riscaldante, aggiungere 100 microlitri della soluzione madre di ossido di ferro e scaldare la miscela mescolando per circa cinque minuti. Successivamente, preparare 10 millilitri di una soluzione di citrato di sodio all'1% sciogliendo 0,1 grammi di citrato di sodio in 10 millilitri di acqua. Aggiungere 1 millilitro della soluzione di citrato di sodio all'1% nel pallone contenente la soluzione di ossido di ferro.

Dopo aver riscaldato la soluzione a 100 gradi Celsius, aggiungere 250 microlitri di acido cloroaurico molare 0,01 al pallone. Continuare a riscaldare la soluzione a 100 gradi per 10 minuti. Quindi, rimuovere la soluzione dal blocco riscaldante e lasciarla raffreddare a temperatura ambiente per una o due ore.

Successivamente, purificare i campioni mediante centrifugazione per sette minuti a 4.700 x g. Al termine, rimuovere il surnatante dai campioni. Quindi, erogare nuovamente le nanoparticelle in un massimo di un millilitro di acqua deionizzata.

Per caratterizzare le nanoparticelle, mettere tre millilitri della soluzione acquosa bruno-rossastra in una cuvetta di metacrilato. Posiziona un magnete acquistato in commercio nelle immediate vicinanze della cuvetta. A questo punto, accendere l'alimentazione del laser e bilanciare.

Posizionare le finestre della bilancia in modo che non ostruiscano il percorso del laser o blocchino le termocoppie IR. Dopo aver rimosso i coperchi protettivi dalle termocoppie IR, aprire il programma software di raccolta dati, fare clic su Esegui e denominare la misura Warm Up.Mentre il sistema si sta riscaldando, in una cappa, preparare il campione pipettando la quantità appropriata della soluzione desiderata in una cuvetta di metacrilato. Regolare la potenza del laser sull'impostazione più bassa che produce un raggio appena visibile.

Verificare che il punto del raggio laser non sia ostruito e rimanga nel punto focale della termocoppia IR. Successivamente, posizionare il campione sul braccio di bilanciamento, in modo tale che il lato della cuvetta sia perpendicolare al raggio di misurazione IR della termocoppia e il punto del raggio laser colpisca il centro della soluzione. Ridurre la potenza del laser fino a quando il raggio non è più visibile.

Una volta completato il riscaldamento, interrompere il programma di misurazione e uscire dal software. Dopo aver azzerato il saldo e aperto il programma software di raccolta dati, fare clic su Esegui e creare un nome per il file di dati. Avvia la raccolta dei dati facendo clic su Salva.

Dopo 120 secondi di raccolta dei dati, aumentare la potenza del laser sull'impostazione desiderata. Dopo la raccolta dei dati per altri 1000 secondi, regolare la potenza del laser al minimo e spegnere l'alimentazione del laser. Una volta completato l'esperimento, uscire dal programma.

Dopo aver spento tutto e recuperato tutta l'apparecchiatura, salva i dati sperimentali in formato ascii per un'ulteriore elaborazione. L'analisi SEM rivela la morfologia delle nanoparticelle d'oro di ossido di ferro, mostrando aggregati di particelle di ossido di ferro irregolari arrotondate che appaiono funzionalizzate con nanoparticelle d'oro più piccole, luminose e arrotondate. Un picco di assorbanza distinto nello spettro UV-Vis-NIR delle nanoparticelle ibride è stato osservato a 520 nanometri, ed è attribuito alla modalità LSPR delle nanoparticelle d'oro, funzionalizzando l'ossido di ferro.

Gli spettri di assorbanza UV-Vis della soluzione di reazione mostrano una leggera assorbanza iniziale della luce visibile, attribuita alle nanoparticelle di ossido di ferro disperse nella soluzione. Man mano che la reazione procede, si forma un picco a 1,5 minuti, che corrisponde alla formazione e alla deposizione di nanoparticelle d'oro sulla superficie dell'ossido di ferro. Le misurazioni del riscaldamento fototermico dell'ossido di ferro, dell'oro e delle nanoparticelle d'oro mostrano un profilo di temperatura quasi identico, con temperature che aumentano di oltre 40 gradi Celsius.

L'esperimento dell'acqua deionizzata non mostra alcun cambiamento, il che dimostra che l'aumento di temperatura nelle soluzioni di nanoparticelle è dovuto esclusivamente alla dissipazione dell'energia elettromagnetica assorbita nelle nanoparticelle. La variazione della massa per la soluzione di nanoparticelle è molto maggiore del tasso di evaporazione di fondo, indicando temperature superficiali sufficientemente elevate per generare vapore a una velocità significativa. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in due ore se eseguita correttamente.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante utilizzare vetreria da laboratorio pulita per garantire risultati riproducibili. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come la microscopia elettronica, UV-Vis e DLS per determinare se si sono verificati danni indotti dal laser. Prendere le dovute precauzioni quando si lavora con raggi laser aperti, come allineare il sistema con potenze laser minime, controllare i riflessi vaganti estranei che bloccano e chiudere il laser quando possibile e indossare occhiali di sicurezza laser appropriati quando necessario.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come produrre nanoparticelle economiche in grandi quantità e di come generare calore mirato in modalità wireless e su richiesta per applicazioni del mondo reale.