Multifunctionele Hybrid Fe

Het algemene doel van dit onderzoek is het bestuderen van de eigenschappen van een nieuwe klasse multifunctionele ijzeroxide-goudnanodeeltjes die via een natchemische methode zijn geproduceerd, en het aantonen hoe zij licht efficiënt kunnen omzetten in warmte via plasmonische effecten. Een manier om de kosten die verbonden zijn aan edelmetaalnanodeeltjes voor industriële toepassingen te verlagen, is het creëren van goedkopere alternatieven die dezelfde eigenschappen hebben tegen een fractie van de kosten. Zo kunnen de ijzeroxide-goudnanodeeltjes waterige oplossingen fotothermisch net zo efficiënt verwarmen als pure goudnanodeeltjes, terwijl de oorspronkelijke eigenschappen van die laatste behouden blijven.

Vanwege hun lage kosten en unieke eigenschappen kunnen onze nanodeeltjes worden gebruikt voor toepassingen zoals AnaLight fotothermische manipulatie, biomedische beeldvorming en sensing, analytische verwerking en magnetische sensing. Om deze procedure te starten, bereidt u een 25 milliMolar stockoplossing van ijzeroxide in gedeïoniseerd water. Voeg 10 milliliters gedeïoniseerd water en een roerstaaf toe aan een 25 milliliter erlenmeyer.

Plaats de kolf op een verwarmingsblok, voeg 100 µL van de ijzeroxide-stockoplossing toe en verwarm het mengsel onder roering gedurende ongeveer vijf minuten. Bereid vervolgens 10 mL van een 1% natriumcitraatoplossing door 0,1 g natriumcitraat op te lossen in 10 mL water. Voeg 1 mL van de 1% natriumcitraatoplossing toe aan de kolf met de ijzeroxide-oplossing.

Nadat de oplossing is verhit tot 100 °C, worden 250 µL 0,01 M chloorgoudzuur aan de kolf toegevoegd. De oplossing blijft gedurende 10 minuten verhit bij 100 °C. Verwijder vervolgens de oplossing uit het warmteblok en laat deze één tot twee uur afkoelen tot kamertemperatuur.

Zuiver vervolgens de monsters door ze zeven minuten te centrifugeren bij 4,700 x g. Verwijder na voltooiing het supernatant van de monsters. Resuspendeer de nanodeeltjes daarna in maximaal één milliliter gedeïoniseerd water.

Om de nanodeeltjes te karakteriseren, plaatst u drie milliliter van de roodbruine waterige oplossing in een methacrylaat cuvet. Plaats een commercieel aangeschafte magneet in de directe nabijheid van de cuvet. Zet op dit punt de voeding van de laser en de balans aan.

Positioneer de ramen van de balans zodanig dat ze het laserpad niet belemmeren of de IR-thermokoppels blokkeren. Nadat de beschermkappen van de IR-thermokoppels zijn verwijderd, opent u het programma voor gegevensverzameling, klikt u op 'Run' en geeft u de meting de naam 'Warm Up'. Terwijl het systeem opwarmt, bereidt u in een zuurkast het monster voor door de juiste hoeveelheid van de gewenste oplossing in een methacrylaat cuvette te pipetteren. Stel het laservermogen in op de laagste stand waarbij een nauwelijks zichtbare straal wordt gegenereerd.

Controleer of de laserstraalvlek ongehinderd is en zich op het brandpunt van het IR-thermokoppel bevindt. Plaats vervolgens het monster op de balansarm, zodanig dat de zijkant van de cuvette loodrecht staat op de IR-meetstraal van het thermokoppel en de laserstraalvlek het centrum van de oplossing raakt. Verlaag het laservermogen totdat de straal niet meer zichtbaar is.

Zodra de opwarmfase is voltooid, stopt u het meetprogramma en sluit u de software af. Nadat u de balans opnieuw heeft genulled en het programma voor gegevensverzameling heeft geopend, klikt u op Run en maakt u een naam aan voor het gegevensbestand. Start de gegevensverzameling door op Save te klikken.

Verhoog na 120 seconden gegevensverzameling het laservermogen naar de gewenste instelling. Verzamel vervolgens gedurende nog eens 1000 seconden gegevens, stel het laservermogen in op de minimale stand en schakel de laserstroomvoorziening uit. Sluit het programma af zodra het experiment is voltooid.

Nadat alles is uitgeschakeld en alle apparatuur is opgeruimd, slaat u de experimentele gegevens op in een ascii-formaat voor verdere verwerking. SEM-analyse onthult de morfologie van de ijzeroxide-goudnanodeeltjes, waarbij aggregaten van afgeronde, onregelmatige ijzeroxide-deeltjes zichtbaar zijn die gefunctionaliseerd lijken te zijn met kleinere, heldere en afgeronde goudnanodeeltjes. In het UV-Vis-NIR-spectrum van de hybride nanodeeltjes wordt een duidelijke absorptiepiek waargenomen bij 520 nanometer, wat wordt toegeschreven aan de LSPR-modus van de goudnanodeeltjes die het ijzeroxide functionaliseren.

De UV-Vis-absorptiespectra van de reactieoplossing vertonen aanvankelijk een lichte absorptie van zichtbaar licht, wat wordt toegeschreven aan de ijzeroxide-nanodeeltjes die in de oplossing zijn gedispergeerd. Naarmate de reactie vordert, vormt zich na 1,5 minuut een piek, wat overeenkomt met de vorming van goudnanodeeltjes en de depositie daarvan op het ijzeroxide-oppervlak. Fotothermische verwarmingsmetingen van de ijzeroxide-goud- en goudnanodeeltjes vertonen een bijna identiek temperatuurprofiel, waarbij de temperaturen met meer dan 40 °C stijgen.

Het experiment met gedeïoniseerd water vertoont geen verandering, wat aantoont dat de temperatuurstijging in de nanopartikeloplossingen uitsluitend te wijten is aan de dissipatie van geabsorbeerde elektromagnetische energie in de nanopartikels. De verandering in massa voor de nanopartikeloplossing is veel groter dan de achtergrondverdampingssnelheid, wat wijst op voldoende hoge oppervlaktetemperaturen om stoom in een aanzienlijk tempo te genereren. Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in twee uur worden uitgevoerd mits correct worden uitgevoerd.

Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om schoon laboratoriumglaswerk te gebruiken om reproduceerbare resultaten te garanderen. Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals elektronenmicroscopie, UV-Vis en DLS, worden uitgevoerd om vast te stellen of er laser-geïnduceerde beschadigingen zijn opgetreden. Neem passende voorzorgsmaatregelen bij het werken met open laserstralen, zoals het uitlijnen van het systeem met minimale laservermogens, het controleren op vreemde blokkades van strooilichtreflecties, het zo vaak mogelijk afsluiten van de laser en het dragen van geschikte laserbeschermingsbrillen wanneer nodig.

Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe goedkope nanodeeltjes in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd, en hoe gericht warmte draadloos en on-demand kan worden gegenereerd voor toepassingen in de echte wereld.