多機能ハイブリッドのFe ₂ O ₃ -Auナノ粒子の効率的なプラズモニック暖房

この調査研究の全体的な目標は、湿式化学的アプローチによって製造された新しいクラスの多機能酸化鉄金ナノ粒子の特性を調査し、プラズモン効果を通じて光を効率的に熱に変換する方法を示すことです。貴金属ナノ粒子の産業用途に関連するコストを削減する1つの方法は、同じ特性を持つ安価な代替品をわずかなコストで作成することです。例えば、酸化鉄金ナノ粒子は、純金ナノ粒子の本来の特性を保持しながら、純金ナノ粒子と同等の効率で水溶液を光熱的に加熱することができる。

低コストでユニークな特性を持つ当社のナノ粒子は、AnaLight光熱マニピュレーション、生物医学イメージングおよびセンシング、分析処理、磁気センシングなどのアプリケーションに使用できます。この手順を開始するには、脱イオン水に酸化鉄の25ミリモルのストック溶液を準備します。10ミリリットルの脱イオン水と攪拌棒を25ミリリットルの円錐形フラスコに加えます。

フラスコを加熱ブロックに置いた後、酸化鉄原液100μLを加え、約5分間攪拌しながら加熱します。次に、0.1グラムのクエン酸ナトリウムを10ミリリットルの水に溶解することにより、10ミリリットルの1%クエン酸ナトリウム溶液を調製します。1ミリリットルの1%クエン酸ナトリウム溶液を酸化鉄溶液を含むフラスコに加えます。

溶液を摂氏100度に加熱した後、フラスコに250マイクロリットルの0.01モルクロロオーリン酸を加えます。溶液を100度で10分間加熱し続けます。次に、加熱ブロックから溶液を取り出し、室温まで1〜2時間冷まします。

これに続いて、4, 700 x gで7分間遠心分離することによりサンプルを精製します。終了したら、サンプルから上清を取り除きます。次に、ナノ粒子を最大1ミリリットルの脱イオン水に再分配します。

ナノ粒子を特徴付けるために、3ミリリットルの赤褐色の水溶液をメタクリレートキュベットに入れます。市販の磁石をキュベットの近くに置きます。この時点で、レーザー電源とバランスをオンにします。

バランスウィンドウは、レーザー光路を遮ったり、IR熱電対を遮ったりしないように配置します。IR熱電対から保護カバーを取り外した後、データ収集ソフトウェアプログラムを開き、Runをクリックして、測定値に名前を付けます。システムがウォームアップしている間、フード内で、適切な量の所望の溶液をメタクリレートキュベットにピペッティングしてサンプルを準備します。レーザー出力を、ほとんど見えないビームを生成する最低設定に調整します。

レーザービームスポットが遮られず、IR熱電対の焦点に留まっていることを確認してください。これに続いて、キュベットの側面が熱電対のIR測定ビームに対して垂直になるように、サンプルをバランスアームに置き、レーザービームスポットが溶液の中心に当たるようにします。ビームが見えなくなるまでレーザー出力を下げます。

ウォームアップが完了したら、測定プログラムを停止し、ソフトウェアを終了します。天びんを再ゼロ化し、データ収集ソフトウェアプログラムを開いた後、[実行]をクリックして、データファイルの名前を作成します。データ収集を開始するには、[保存] をクリックします。

120秒のデータ収集後、レーザー出力を希望の設定に上げます。さらに1000秒間のデータ収集後、レーザー出力を最小設定に調整し、レーザー電源をオフにします。実験が完了したら、プログラムを終了します。

すべての電源をオフにしてすべての機器を回復した後、実験データをASCII形式で保存して、さらに処理します。SEM分析により、酸化鉄金ナノ粒子の形態が明らかになり、丸みを帯びた不規則な酸化鉄粒子の凝集体が、より小さく、明るく、丸みを帯びた金ナノ粒子で官能基化しているように見えます。ハイブリッドナノ粒子のUV-Vis-NIRスペクトルの明確な吸光度ピークは520ナノメートルで観察され、金ナノ粒子のLSPRモードに起因し、酸化鉄を機能化します。

反応溶液のUV-Vis吸光度スペクトルは、溶液中に分散した酸化鉄ナノ粒子に起因する、初期のわずかな可視光吸光度を示しています。反応が進行すると、1.5分でピークが形成され、これは金ナノ粒子の形成と酸化鉄表面への沈着に対応します。酸化鉄の金ナノ粒子と金ナノ粒子の光熱加熱測定は、ほぼ同じ温度プロファイルを示し、温度は摂氏40度以上上昇します。

脱イオン水実験では変化は見られず、ナノ粒子溶液の温度上昇は、ナノ粒子に吸収された電磁エネルギーの散逸のみによるものであることを示しています。ナノ粒子溶液の質量変化は、バックグラウンド蒸発速度よりもはるかに大きく、かなりの速度で蒸気を生成するのに十分な高い表面温度を示しています。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば2時間で完了できます。

この手順を試みる際には、再現性のある結果を確保するために、清潔な実験用ガラス器具を使用することが重要です。この手順に続いて、電子顕微鏡、UV-Vis、DLSなどの他の方法を実行して、レーザーによる損傷が発生したかどうかを判断できます。オープンレーザービームを扱うときは、システムを最小のレーザー出力に合わせる、異物をブロックする迷光をチェックする、可能な限りレーザーを閉じる、必要に応じて適切なレーザー安全メガネを着用するなど、適切な予防措置を講じてください。

このビデオを見れば、安価なナノ粒子を大量に生成する方法や、実世界のアプリケーション向けにワイヤレスおよびオンデマンドで標的熱を生成する方法について十分に理解できるはずです。