Name: Wielofunkcyjne hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au do wydajnego ogrzewania plazmonicznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-20T16:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Poznaj syntezę wielofunkcyjnych nanocząstek Fe₂O₃-Au metodą chemiczną w fazie ciekłej oraz ich właściwości fototermiczne. Ta technika umożliwia wydajne ogrzewanie plazmoniczne z zastosowaniem w biomedycynie i przemyśle.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Finansowe wsparcie tej pracy zostało zapewnione przez Departament Energii DOE- Laboratory Directed Research & Development (LDRD) Strategic Initiative Program. Dziękujemy Panu Henry'emu Sessionsowi i Panu Charlesowi Shickowi za poświęcenie czasu i wiedzy specjalistycznej, aby pomóc nam w naszych eksperymentach.

1. Protokół syntezy nanomateriałów
<ol>
	<li>Przygotować roztwór podstawowy Fe2O3 o stężeniu 25 mM. 
	Uwaga: Wszystkie roztwory podstawowe są przygotowywane przy użyciu wody dejonizowanej, chyba że zaznaczono inaczej.</li>
	<li>Wziąć kolbę stożkową o pojemności 25 ml.</li>
	<li>Dodaj 10 ml wody dejonizowanej (DI) i mieszadło i umieść je na bloku grzewczym.</li>
	<li>Dodać 100 μl roztworu podstawowegoFe2O3 (25 mM) do tej kolby.</li>
	<li>Podgrzej roztwór, mieszając przez około 5 minut.</li>
	<li>Przygotować 10 ml 1% cytrynianu sodu, rozpuszczając 0,1 g cytrynianu sodu w 10 ml wody.</li>
	<li>Dodać 1 ml 1% roztworu cytrynianu sodu do kolby o pojemności 25 ml zawierającej roztwór wodny Fe2O3 .</li>
	<li>Doprowadzić roztwór do wrzenia (100 °C).</li>
	<li>Dodać 250 μl 0,01 M kwasu chloroaurowego.</li>
	<li>Kontynuować podgrzewanie roztworu w temperaturze 100 °C przez 10 minut. Po kilku minutach (2-3 minuty) roztwór zmienia kolor na czerwony/brązowawy, co wskazuje, że wytwarzane są nanocząstki Au.</li>
	<li>Usunąć roztwór z bloku grzewczego i pozostawić do ostygnięcia w temperaturze pokojowej (około 20 °C) (1-2 godziny).</li>
	<li>Oczyszczać próbki przez odwirowywanie przez 7 minut przy 4 700 × g.</li>
	<li>Usunąć supernatant z odwirowanych próbek.</li>
	<li>Ponownie zdyspergować odwirowane nanocząstki w wodzie DI, do 10 ml.</li>
</ol>
2. Charakterystyka nanocząstek
<ol>
	<li>Charakterystyka SEM/EDX:
	<ol>
		<li>Umieść 1-2 μl odwirowanych nanocząstek na miedzianej siatce i pozostaw do wyschnięcia na 1 godzinę.</li>
		<li>Umieścić próbkę w czystym pojemniku i zabrać ją do SEM/EDX w celu scharakteryzowania. Pytania z dnia 11,12</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Charakterystyka UV-VIS:
	<ol>
		<li>Włącz UV-Vis i pozwól mu się rozgrzać przez 10-15 minut.</li>
		<li>Zapisz referencyjne widmo wody DI.</li>
		<li>Umieścić 1 ml wodnego roztworu nanocząstki w kuwecie z metakrylanu i zarejestrować widma UV-Vis na długościach fal λ = 300 - 1 000 nm.</li>
		<li>Unikaj nasycenia sygnału, utrzymując maksymalną absorbancję mniejszą niż ~1,2. Jeśli obserwowana maksymalna absorbancja jest większa, należy zmniejszyć wysokość piku, rozcieńczając próbkę lub używając kuwety o krótszej długości drogi. 
		Uwaga: Powierzchniowe pasmo plazmonu Au (λ ≈ 525 nm) powinno być łatwe do zaobserwowania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Manipulacja magnetyczna
	<ol>
		<li>Umieścić 3 ml czerwono-brązowawych próbek wodnych nanostruktur magnetycznych/plazmonicznych w kuwetach z metakrylanu.</li>
		<li>Umieść zakupiony w handlu magnes (~100 Gaussów) w bliskiej odległości od kuwety. 
		Uwaga: W ciągu kilku minut wszystkie nanocząstki magnetyczne/plazmoniczne są "przyczepiane" do strony kuwety metakrylanowej, po której umieszczono magnes. Roztwór zmienił kolor z brązowego na bezbarwny, co wskazuje, że nanocząstki zachowały swoje właściwości magnetyczne nawet po osadzeniu Au na powierzchni Fe2O3 .</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analiza spektrometrii mas w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ICP-MS).13
	<ol>
		<li>W tej analizie należy użyć wodnych próbek roztworów nanocząstek.</li>
		<li>Trawić oczyszczone próbki nanocząstek w kwasie azotowym w celu przekształcenia ich do postaci jonowej przed eksperymentami analizy masy, przenosząc wszystkie próbki do probówek o końcowej objętości 10 ml 2% kwasu azotowego. Odczekaj 30 minut, aby nastąpiło trawienie.</li>
		<li>Utwórz krzywą kalibracyjną ze znanymi stężeniami analitów będących przedmiotem zainteresowania (np. Au, Fe).</li>
		<li>Próbki kolców z roztworem wzorca wewnętrznego zawierającym 10 ppb Rh i In i analizować w trybie półilościowym ICP-MS zgodnie z instrukcjami producenta. Technika ta obejmuje analizę identyfikowalnego wzorca wielopierwiastkowego NIST (10 ppb In i 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi i U).</li>
		<li>Porównaj wyznaczone intensywności dla wzorca z intensywnościami dla innych próbek, aby uzyskać przybliżone stężenia dla wybranych pierwiastków. Aby uwzględnić dryfty plazmy i instrumentów, wszystkie próbki powinny mieć co najmniej 10 ppb stężenia dla In dodanego do wszystkich próbek.</li>
		<li>Określić stężenie pierwiastkowe analitów będących przedmiotem zainteresowania dla przygotowanych roztworów, wykonując następujące kroki:
		<ol>
			<li>Wykonaj wstępną próbkę walidacyjną kalibracji wzorca wielopierwiastkowego (10 ppb In i 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi i U).</li>
			<li>Wykonaj wstępną ślepą próbę kalibracji wody dejonizowanej.</li>
			<li>Wykonaj analizę ICP-MS na dwóch próbkach będących przedmiotem zainteresowania.</li>
			<li>Kontynuuj wykonywanie walidacji kalibracji próbki (10 ppb In i 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi i U) wzorca wielopierwiastkowego.</li>
			<li>Kontynuuj ślepą próbę kalibracji wody dejonizowanej. 
			Uwaga: Zgodnie ze specyfikacją dostawcy, pomiary ICP-MS są obarczone niepewnością wynoszącą 20%. Prace laboratoryjne nad nanomateriałami prowadzono pod wyciągiem. Jeśli skrzydło kaptura znajduje się powyżej podbródka, należy używać środków ochrony osobistej (fartuch laboratoryjny, fartuch, cienkie rękawice nitrylowe do przypadkowego kontaktu i okulary) oraz osłony twarzy. Minimalne środki ochrony osobistej wymagane podczas pracy z materiałami w nanoskali; Jednorazowy fartuch laboratoryjny, cienkie rękawice z jedwabiu nitrylowego do przypadkowego kontaktu oraz okulary ochronne z bocznymi osłonami będą noszone w laboratorium podczas pracy z nanomateriałami. Odpadów zawierających nanomateriały nie należy wyrzucać do zwykłych śmieci ani do kanalizacji.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Eksperyment z ogrzewaniem laserowym
<ol>
	<li>Włącz zasilanie i balans lasera. 
	Uwaga: Długość fali lasera użyta w tym eksperymencie (λ = 532 nm) jest dobrana tak, aby jak najdokładniej odpowiadała pikowi absorbancji LSPR. Jednak efekty fototermiczne można indukować za pomocą dowolnej długości fali, która pokrywa się z absorbancją nanocząstek. Wydajność grzewcza jest po prostu większa, gdy jest oświetlona rezonansem.</li>
	<li>Ustaw okienka wagi tak, aby nie zasłaniały ścieżki lasera ani nie blokowały termopar podczerwieni (IR). Termopary na podczerwień są bezdotykowymi sondami temperatury i muszą mieć wyraźną linię wzroku do powierzchni pomiarowej. Rysunek 1 przedstawia schemat konfiguracji eksperymentalnej.</li>
	<li>Zdejmij osłony ochronne z termopar IR.</li>
	<li>Otwórz program do zbierania danych i uruchom, nazywając pomiar "rozgrzewką". Niestandardowy program zbiera wartości rezystancji wagi i termopary w funkcji czasu, a gdy program jest uruchomiony, rejestruje te wartości w pliku danych.</li>
	<li>Uruchom pomiar na co najmniej 20 minut, aby system mógł się rozgrzać.</li>
	<li>Podczas nagrzewania się systemu należy przygotować próbkę, odpipetowując odpowiednią ilość (3 ml) żądanego roztworu do kuwety z metakrylanu. Stosowane tutaj ilości to 3 ml roztworu dla standardowych kuwet i 1 ml dla kuwet półmikro.</li>
	<li>Ustaw moc lasera na najniższe ustawienie, które wytwarza ledwo widoczną wiązkę, która wynosi 1,5 A dla zastosowanego tutaj systemu laserowego. Sprawdź, czy plamka wiązki laserowej jest drożna i pozostaje w ognisku termopary IR.</li>
	<li>Umieść próbkę na ramieniu równoważącym tak, aby bok kuwety był prostopadły do wiązki pomiarowej IR termopary, a plamka wiązki laserowej uderzała w środek roztworu.</li>
	<li>Zmniejsz moc lasera, aż wiązka przestanie być widoczna, ale nie wyłączaj zasilania.</li>
	<li>Po 20 minutach rozgrzewka jest zakończona. Zatrzymaj program pomiarowy i wyjdź z oprogramowania.</li>
	<li>Ponownie wyzeruj saldo. Otwórz program do zbierania danych, kliknij przycisk Uruchom, a następnie utwórz nazwę pliku danych. Eksperyment zostanie uruchomiony po nazwaniu pliku i kliknięciu przycisku "Zapisz". Dokładna procedura eksperymentalna będzie zależeć od pożądanych informacji, ale tutaj dostępna jest procedura modelowa.
	<ol>
		<li>Rozpocznij zbieranie danych. Po 120 sekundach zwiększ moc lasera do żądanego ustawienia (1,2 W dla tych eksperymentów, co po skupieniu na plamce ~20 μm odpowiada ~3,8 × 105 W/cm2). Zbieraj dane przez kolejne 1,000 sekund, a następnie ustaw moc lasera na minimalne ustawienie i wyłącz zasilanie lasera. Kontynuuj zbieranie danych przez kolejne 1,000 sekund przed zatrzymaniem pomiaru.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po zakończeniu procedury eksperymentalnej wyjdź z programu, wyłącz wszystko i ponownie zakryj cały sprzęt. Zapisz dane eksperymentalne w formacie ASCII i kontynuuj przetwarzanie oraz analizę za pomocą dodatkowego oprogramowania.</li>
</ol>

<ol><li>Barber, D., Freestone, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+the+origin+of+the+colour+of+the+Lycurgus+Cup+by+analytical+transmission+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Archaeometry%22%5BJournal%5D)">An investigation of the origin of the colour of the Lycurgus Cup by analytical transmission electron microscopy.</a> Archaeometry. 32 (1), 33-45 (1990).</li>
<li>Ozbay, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+merging+photonics+and+electronics+at+nanoscale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: merging photonics and electronics at nanoscale dimensions.</a> Science. 311 (5758), 189-193 (2006).</li>
<li>Murphy, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+metal+nanoparticles%3A+synthesis%2C+assembly%2C+and+optical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Anisotropic metal nanoparticles: synthesis, assembly, and optical applications.</a> J. Phys. Chem. B. 109 (29), 13857-13870 (2005).</li>
<li>Luo, Y. L., Shiao, Y. S., Huang, Y. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Release+of+photoactivatable+drugs+from+plasmonic+nanoparticles+for+targeted+cancer+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Release of photoactivatable drugs from plasmonic nanoparticles for targeted cancer therapy.</a> ACS Nano. 5 (10), 7796-7804 (2011).</li>
<li>Murph, S. E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manganese-gold+nanoparticles+as+an+MRI+positive+contrast+agent+in+mesenchymal+stem+cell+labeling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanopart.+Res%22%5BJournal%5D)">Manganese-gold nanoparticles as an MRI positive contrast agent in mesenchymal stem cell labeling.</a> J. Nanopart. Res. 14 (4), 1-13 (2012).</li>
<li>Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMaier%2C+SA+%22Plasmonics%3A+fundamentals+and+applications%3A+fundamentals+and+applications%22">Plasmonics: fundamentals and applications: fundamentals and applications</a>. , Springer Science & Business Media. (2007).</li>
<li>Bigall, N. C., Parak, W. J., Dorfs, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+magnetic+and+plasmonic-Hybrid+multifunctional+colloidal+nano+objects%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Fluorescent magnetic and plasmonic-Hybrid multifunctional colloidal nano objects.</a> Nano Today. 7 (4), 282-296 (2012).</li>
<li>Larson, T. A., Bankson, J., Aaron, J., Sokolov, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+plasmonic+magnetic+nanoparticles+as+molecular+specific+agents+for+MRI%2Foptical+imaging+and+photothermal+therapy+of+cancer+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Hybrid plasmonic magnetic nanoparticles as molecular specific agents for MRI/optical imaging and photothermal therapy of cancer cells.</a> Nanotechnology. 18 (32), 325101(2007).</li>
<li>Hung, W. H., Aykol, M., Valley, D., Hou, W., Cronin, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmon+resonant+enhancement+of+carbon+monoxide+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmon resonant enhancement of carbon monoxide catalysis.</a> Nano Lett. 10 (4), 1314-1318 (2010).</li>
<li>Neumann, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+vapor+generation+enabled+by+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Nano%22%5BJournal%5D)">Solar vapor generation enabled by nanoparticles.</a> Acs Nano. 7 (1), 42-49 (2012).</li>
<li>Szirmae, A., Fisher, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSzirmae%2C+A+%22Techniques+of+Electron+Microscopy%2C+Diffraction%2C+and+Microprobe+Analysis%22">Techniques of Electron Microscopy, Diffraction, and Microprobe Analysis</a>. 372, ASTM Spec. Tech. Publ. (1963).</li>
<li>Goldstein, J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGoldstein%2C+J+%22Scanning+electron+microscopy+and+X-ray+microanalysis%3A+a+text+for+biologists%2C+materials+scientists%2C+and+geologists%22">Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis: a text for biologists, materials scientists, and geologists</a>. , Springer Science & Business Media. (2012).</li>
<li>Kennedy, J. F., Xu, L. Practical guide to ICP-MS, Robert Thomas. Marcel Dekker, INC, New York, USA (2004). <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKennedy%2C+JF+%22Carbohydr.+Polym%22">Carbohydr. Polym</a>. 62 (4), 393(2005).</li>
<li>Georgakilas, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decorating+carbon+nanotubes+with+metal+or+semiconductor+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Decorating carbon nanotubes with metal or semiconductor nanoparticles.</a> J. Mater. Chem. 17 (26), 2679-2694 (2007).</li>
<li>Murph, S. E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+size+and+shape+of+Au-Pt+nanocatalysts+for+direct+methanol+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanopart.+Res%22%5BJournal%5D)">Tuning of size and shape of Au-Pt nanocatalysts for direct methanol fuel cells.</a> J. Nanopart. Res. 13 (12), 6347-6364 (2011).</li>
<li>Unrine, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+bioavailability+of+Au+nanoparticles+from+soil+and+biodistribution+within+earthworms+%28Eisenia+fetida%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Evidence for bioavailability of Au nanoparticles from soil and biodistribution within earthworms (Eisenia fetida).</a> Environ. Sci. Technol. 44 (21), 8308-8313 (2010).</li>
<li>Hunyadi Murph, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHunyadi+Murph%2C+SE+%22ACS+Symp.+Ser%22">ACS Symp. Ser</a>. , Oxford University Press. 127-163 (2011).</li>
<li>Murph, S., Murphy, C. J., Leach, A., Gall, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Possible+Oriented+Attachment+Growth+Mechanism+for+Silver+Nanowire+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22Cryst+Growth+Des%22%5BJournal%5D)">A Possible Oriented Attachment Growth Mechanism for Silver Nanowire Formation.</a> Cryst Growth Des. , (2015).</li>
<li>Hunyadi Murph, S. E., Heroux, K., Turick, C., Thomas, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHunyadi+Murph%2C+SE+%22Applications+of+Nanomaterials%22">Applications of Nanomaterials</a>. Vol. 4 Nanomaterials and Nanostructures, Studium Press LLC. (2012).</li>
<li>Murphy, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+sensing+and+imaging+with+metallic+nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Comm%22%5BJournal%5D)">Chemical sensing and imaging with metallic nanorods.</a> Chem. Comm. (5), 544-557 (2008).</li>
<li>Shanmukh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+and+sensitive+detection+of+respiratory+virus+molecular+signatures+using+a+silver+nanorod+array+SERS+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Rapid and sensitive detection of respiratory virus molecular signatures using a silver nanorod array SERS substrate.</a> Nano Lett. 6 (11), 2630-2636 (2006).</li>
<li>Jaque, D., Vetrone, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+nanothermometry%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Luminescence nanothermometry.</a> Nanoscale. 4 (15), 4301-4326 (2012).</li>
<li>Ebrahimi, S., Akhlaghi, Y., Kompany-Zareh, M., Rinnan, Å <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleic+acid+based+fluorescent+nanothermometers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nucleic acid based fluorescent nanothermometers.</a> ACS Nano. 8 (10), 10372-10382 (2014).</li>
<li>Dias, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+as+a+molecular+local+thermal+probe+for+the+analysis+of+magnetic+hyperthermia%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem%22%5BJournal%5D)">DNA as a molecular local thermal probe for the analysis of magnetic hyperthermia.</a> Angew. Chem. 125 (44), 11740-11743 (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wykorzystanie optycznie przestrajalnych nanocząstek złota do badań nad hipertermią jest atrakcyjną opcją, ponieważ wykorzystuje plazmoniczne ogrzewanie nanocząstek złota dostrojonych do silnej absorpcji światła w obszarze VIS-NIR. Opisane tutaj badania ogrzewania plazmonicznego zostały zbadane przy użyciu przygotowanych laboratoryjnie i dostępnych na rynku hybrydowych nanomateriałów tlenek żelaza i złoto. Jedna z najczęściej stosowanych metod wytwarzania nanosferycznych cząstek koloidalnego złota polega na redukcji kwasu chloroaurowego (HAuCl4) do neutralnego złota Au(0) za pomocą środków redukujących, takich jak cytrynian sodu, borowodorek sodu itp.15,16 Synteza nanocząstek złota na nanocząstkach tlenku żelaza jest prosta. Można łatwo kontrolować rozmiar, kształt i obciążenie metalu Au poprzez zmianę parametrów eksperymentalnych, np. stężeń reagentów, środków redukujących, środków powierzchniowo czynnych itp.17 Takie podejście zapewnia dobrą kontrolę nad wymiarami nanocząstek Au i równomiernym ładowaniem nanocząstek na Fe2 O3. Za pomocą tej procedury można również otrzymać inne metale szlachetne, w tym Ag, Pt i Pd.18 Wyraźną zaletą tej procedury jest to, że procedura reakcji może być przeprowadzona w powietrzu lub wodzie i w zasadzie można ją zwiększać. Stosowanie komercyjnych nanomateriałów i/lub skalowalnych mokrych procedur chemicznych jest idealne do zastosowań leczniczych na dużą skalę lub zastosowań biologicznych, ponieważ materiały te są łatwo dostępne i bardziej ekonomiczne niż niestandardowe materiały i procedury syntezowane. Modyfikacje powierzchni tych metalicznych nanostruktur są również przedmiotem zainteresowania społeczności naukowej. Szereg materiałów organicznych (środki powierzchniowo czynne, dwufunkcyjne tiole, polimery, aminokwasy, białka, DNA) i nieorganicznych (krzemionka, inne metale, tlenki metali itp.)19 można dalej ładować lub funkcjonalizować na tych powierzchniach w celu wytworzenia materiałów nanokompozytowych o różnych wzorach, geometriach, składach i wielofunkcyjnych możliwościach, do celów biologicznych, dostarczania leków, wykrywania, obrazowania, zastosowań środowiskowych itp.
Dodatkowo, opisana tutaj technika fototermiczna dobrze nadaje się do charakteryzowania właściwości plazmonicznych różnych materiałów, ponieważ pomiary temperatury i masy są stosunkowo łatwe do wykonania przy użyciu łatwo dostępnego sprzętu. Łatwość przygotowania i pomiaru próbki jest wyraźną przewagą nad innymi technikami/zastosowaniami plazmonicznymi. Na przykład techniki takie jak spektroskopia Ramana ze wzmocnioną powierzchniowo i detekcja LSPR są bardzo wrażliwe na przygotowanie zarówno substratu, jak i celu,20,21 co sprawia, że powtarzalność i porównywanie próbek jest trudniejsze. Jedną z możliwych wad opisanych powyżej pomiarów fototermicznych jest to, że temperatura jest mierzona w skali masowej, a nie na powierzchni nanocząstki, w której następuje transdukcja ciepła. Istnieją techniki termometryczne, które mogą dostarczyć takich lokalnych informacji o temperaturze,22-24 ale wymagają one bardziej skomplikowanego przygotowania próbki, co czyni je trudniejszymi do wdrożenia. Wreszcie, opisane tutaj pomiary można łatwo połączyć z innymi technikami (np. degradacją fotokatalityczną)9 w celu oceny wpływu fototermicznego na różne procesy.
Podsumowując, opisaliśmy syntezę hybrydowych roztworów nanocząstekFe2O3-Au oraz ich charakterystykę fototermiczną. Nawet przy 20× mniejszym stężeniu Au, te nanocząstkiFe2 O3-Au są w stanie fototermicznie podgrzewać roztwory wodne tak samo wydajnie jak AuNPs, co pokazuje zalety materiałów hybrydowych. Co więcej, struktury hybrydowe zachowują właściwości obu materiałów, tworząc wielofunkcyjną strukturę o właściwościach magnetycznych i plazmonicznych. Takie struktury są interesujące dla zastosowań biomedycznych8, ale można przewidzieć wiele dodatkowych zastosowań.

Począwszy od ich zastosowania w starożytnym szkle dichroicznym,1 nanocząstki złota (AuNPs) często przyczyniały się do rozwoju nowych technologii. 2,3 Bardziej współczesnymi przykładami tych technologii są urządzenia maskujące i cząsteczki, które mogą zarówno wykrywać, jak i leczyć raka. 4,5 AuNP mają wiele niezwykłych właściwości, ale najbardziej godną uwagi z nich jest obecność zlokalizowanych powierzchniowych rezonansów plazmonowych (LSPR), które występują, gdy padające promieniowanie elektromagnetyczne rezonansowo kieruje wolne elektrony w zbiorowe oscylacje, tworząc intensywne i wysoce ograniczone pola elektromagnetyczne. 6 Intrygującym aspektem LSPR jest to, że można je przestrajać. Oznacza to, że energię rezonansu można regulować, modyfikując kształt i rozmiar AuNP lub zmieniając współczynnik załamania światła otoczenia. Inną właściwością AuNP i złota w ogóle jest to, że są one stosunkowo drogie. Chociaż może to uczynić złoto bardziej atrakcyjnym z punktu widzenia luksusu, w przypadku zastosowań technologicznych jest to wada i może stanowić przeszkodę w ogólnym użyciu. Dwa potencjalne rozwiązania tego problemu to poszukiwanie tańszych materiałów alternatywnych, które wykazują podobne właściwości jak złoto, lub znalezienie sposobu na połączenie złota z innym materiałem w celu stworzenia materiału kompozytowego o podobnych właściwościach, ale mniejszych ilościach metalu szlachetnego. To drugie rozwiązanie jest być może ciekawsze, ponieważ daje możliwość stworzenia wielofunkcyjnej hybrydowej nanostruktury o właściwościach fizykochemicznych dwóch lub więcej materiałów. 7
Tlenek żelaza(III), Fe2O3, jest doskonałym kandydatem na jeden składnik takiej mieszaniny, ponieważ jest powszechnie dostępny, tani i nietoksyczny. Ponadto faza maghemitowa, γ-Fe2O3, jest ferrimagnetyczna, a faza hematytowa α-Fe2O3 jest słabo ferromagnetyczna. Tak więc połączenie złota z Fe2O3 może potencjalnie dać nanocząstki, które wykazują właściwości plazmoniczne, a także oddziałują z zewnętrznymi polami magnetycznymi, a jednocześnie są znacznie tańsze niż czyste złoto. Taka hybrydowa nanostruktura może znaleźć interesujące zastosowania w świecie rzeczywistym. Na przykład nanocząstkiFe2 O3-Au okazały się przydatne zarówno w diagnostyce, jak i leczeniu nowotworów za pomocą rezonansu magnetycznego i terapii fototermicznej. 8 W tym przypadku Fe2 O3 działa jako środek kontrastowy MRI, podczas gdy część Au lokalnie przekształca padające światło w ciepło poprzez rozpraszanie energii elektromagnetycznej pochłoniętej podczas LSPR. Ponadto nanocząstkiFe2 O3-Au wykazały plazmoniczne wzmocnienie katalitycznej konwersji CO w CO2 pod wpływem oświetlenia światłem widzialnym, a takie struktury mogą być również wykorzystywane do fototermicznej konwersji energii słonecznej. 9,10 pkt.
Ten raport opisuje syntezę nanocząstek Fe2O3-Au przy użyciu prostej metody chemicznej na mokro. Struktura hybrydowa składa się z rdzenia Fe2O3, który jest ozdobiony mniejszymi AuNP. Co ważne, otrzymane nanocząstkiFe2O3-Au zachowują zarówno właściwości magnetyczne, jak i plazmoniczne materiałów składowych, co tworzy wielofunkcyjną cząstkę, która może być przydatna w różnych zastosowaniach. W celu zilustrowania plazmonicznych zastosowań tych hybrydowych nanocząstek, opisano również charakterystykę fototermiczną nanocząstek przy użyciu laserowego systemu grzewczego. Pomiary fototermiczne pokazują, że hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au są w stanie podgrzewać roztwory wodne równie efektywnie jak czyste AuNP, nawet przy znacznie mniejszym stężeniu metalu szlachetnego. Wyniki te potwierdzają słuszność metody wykorzystania materiałów kompozytowych lub hybrydowych w celu obniżenia kosztów i osiągnięcia większej funkcjonalności.

<table><tbody><tr><td><silny>Trójwodny chlorek złota(III)&nbsp; </td><td>Sigma-Aldrich</td><td>520918&nbsp;</td><td>&ge; 99,9% na bazie metali śladowych</td></tr><tr><td>< mocny>tlenek żelaza(III)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>544884</td><td>nanoproszek, < 50&nbsp; nm wielkość cząstek (BET)</td></tr><tr><td>Cytrynian sodu trójzasadowy dwuwodny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4641</td><td>odczynnik ACS, &ge; 99.0%&nbsp;</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Hitachi&nbsp;</td><td>S8200</td><td></td></tr><tr><td>TEM</td><td>Hitachi&nbsp;</td><td>H95000</td><td></td></tr><tr><td>EDX</td><td>Instrumenty Oksfordzkie&nbsp;</td><td>SDD - X-Max</td><td></td></tr><tr><td>DLS</td><td>Brookhaven Instruments</td><td>NanoBrook Omni</td><td></td></tr><tr><td>ICP-MS</td><td>Agilent&nbsp;</td><td>Spektrometr 7500s</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis-NIR</td><td>Tec5 MultiSpec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser, &lambda; = 532 nm&nbsp;</td><td>Del Mar Photonics</td><td>DMPV-532-1</td><td></td></tr><tr><td>Waga mikrogramowa</td><td>Mettler Toledo&nbsp;</td><td>XP205</td><td></td></tr><tr><td>Termopary na podczerwień</td><td>Omega Engineering</td><td>OS801-HT</td><td></td></tr></tbody></table>

wielofunkcyjne hybrydowe nanocząstki fe2o3-au do wydajnego ogrzewania plazmonicznego

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

Jedna z najczęściej stosowanych metod produkcji nanosferycznych cząstek koloidalnego złota polega na redukcji kwasu chloroaurowego (HAuCl4) do neutralnego złota Au(0) za pomocą środków redukujących, takich jak cytrynian sodu lub borowodorek sodu. Rozszerzenie tej metody o dekorowanie tlenku żelaza lub podobnych nanocząstek nanocząstkami złota w celu stworzenia wielofunkcyjnych hybrydowych nanocząstek Fe2O3-Au jest proste. Takie podejście zapewnia dość dobrą kontrolę nad wymiarami nanocząstek Au i obciążeniem na Fe2O3 . Dodatkowo, rozmiar, kształt i obciążenie metalu Au można łatwo dostosować, zmieniając parametry eksperymentalne (np. stężenia reagentów, środki redukujące, środki powierzchniowo czynne itp.). Zaletą tej procedury jest to, że reakcję można przeprowadzić w powietrzu lub wodzie i w zasadzie można ją zwiększać. Zastosowanie takich optycznie przestrajalnych nanocząstek Fe2O3-Au do badań hipertermii jest atrakcyjną opcją, ponieważ wykorzystuje plazmoniczne ogrzewanie nanocząstek złota dostrojonych do silnej absorpcji światła w obszarze VIS-NIR. Oprócz efektów plazmonicznych, nanoskala Au zapewnia unikalną powierzchnię dla interesujących badań chemicznych i katalizy. Materiał Fe2O3 zapewnia dodatkową funkcjonalność dzięki swoim właściwościom magnetycznym. Na przykład zewnętrzne pole magnetyczne może być wykorzystane do zbierania i recyklingu hybrydowych nanocząstekFe2O3-Au po eksperymencie katalitycznym lub alternatywnie, magnetyczne Fe2O3 można wykorzystać do badań hipertermii poprzez indukcję ciepła magnetycznego. Eksperyment fototermiczny opisany w tym raporcie mierzy zmianę temperatury objętości i utratę masy roztworu nanocząstek w funkcji czasu przy użyciu odpowiednio termopar na podczerwień i wagi. Łatwość przygotowania próbki i użycie łatwo dostępnego sprzętu to wyraźne zalety tej techniki. Zastrzeżenie polega na tym, że te pomiary fototermiczne oceniają temperaturę roztworu masowego, a nie powierzchnię nanocząstki, w której dochodzi do transdukcji ciepła, a temperatura prawdopodobnie będzie wyższa.

Skład materiałowy jest istotnym zagadnieniem w przypadku materiałów hybrydowych. Informacje te można uzyskać za pomocą energetycznie dyspersyjnej analizy rentgenowskiej (EDX) oraz spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP-MS). Analiza EDX dostarcza danych półilościowych (Rycina 2), natomiast ICP-MS dostarcza dokładnych informacji ilościowych dotyczących badanych pierwiastków. Stwierdzono, że hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au mają stężenia Fe i Au wynoszące ρFe = 150 ppb oraz ρAu = 49 ppb. Dla porównania, czyste nanocząstki Au, stosowane jako kontrola dla ogrzewania fototermicznego, wykazują znacznie wyższe stężenia Au wynoszące ρAu = 1,100 ppb.
Analiza SEM ujawnia morfologię nanocząstek Fe2O3-Au (Rycina 3), wykazując agregaty zaokrąglonych, nieregularnych cząstek, które wydają się być funkcjonalizowane mniejszymi, jasnymi i zaokrąglonymi nanocząstkami. Większe nanocząstki zidentyfikowano jako Fe2O3, natomiast mniejsze, jaśniejsze nanocząstki jako Au. Ten typ morfologii jest często określany jako nanocząstki „dekorowane”.14 W tym przypadku powierzchnia cząstki nośnej, Fe2O3, jest ozdobiona mniejszymi, odizolowanymi nanocząstkami Au. Analiza statystyczna nanocząstek wykazuje, że nanocząstki Fe2O3 mają średnicę średnią d = 40 ± 10 nm. Funkcjonalizujące nanocząstki Au charakteryzują się szerszym zakresem rozmiarów, gdzie d = 20 ± 20 nm. Pomiary dynamicznego rozpraszania światła (DLS) pozwalają określić stopień agregacji; stwierdzono, że hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au mają średni promień hydrodynamiczny dh = 243 nm z frakcjami populacji przy dh = 61 nm (13%) oraz dh = 310 nm (87%). Ponadto wyznaczono potencjał zeta wynoszący ζ = -16 mV, co może pomagać w ograniczaniu procesu agregacji.
Widmo UV-vis-NIR hybrydowych nanocząstek Fe2O3-Au przedstawiono na Rysunku 4A. Wyraźny pik absorbancji obserwuje się przy długości fali λ ≈ 520 nm, co przypisuje się modowi LSPR nanocząstek Au funkcjonalizujących Fe2O3. Długość fali LSPR jest zgodna z wartościami literaturowymi dla AuNP o podobnej morfologii.11,12 Zachowanie plazmoniczne struktur hybrydowych wynika z tworzenia się AuNP na nośnikach z Fe2O3. Można to zaobserwować bezpośrednio za pomocą spektroskopii UV-vis in-situ. Rysunek 4B przedstawia widma absorbancji UV-vis roztworu reagentów w różnych odstępach czasu podczas reakcji. Początkowo występuje niewielka absorbancja światła widzialnego przypisywana nanocząstkom Fe2O3 rozproszonym w roztworze. W miarę postępu reakcji absorbancja wzrasta, a po 1,5 min zaczyna formować się pik, który staje się bardziej wyraźny w dalszym toku reakcji. Pik ten wynika z absorbancji LSPR i odpowiada tworzeniu się AuNP oraz ich osadzaniu na powierzchni nośnika Fe2O3. Właściwości magnetyczne nanocząstek Fe2O3-Au są łatwo obserwowalne poprzez manipulację zewnętrznym polem magnetycznym. Początkowo roztwór Fe2O3-Au ma brązowawy kolor (Rysunek 5B). Jednak po umieszczeniu roztworu w zewnętrznym polu magnetycznym, roztwór stopniowo staje się klarowny w ciągu kilku minut, ponieważ wszystkie magnetyczne nanocząstki hybrydowe są zbierane przez pole (Rysunek 5C). Magnetyczne gromadzenie jest odwracalne, a wielofunkcyjne nanocząstki można ponownie zdyspergować poprzez wytrząsanie roztworu, co pokazano na Rysunkach 5D i 5E.
Pomiary ogrzewania fototermicznego przedstawiono na Rysunku 6A, który obrazuje zmianę temperatury objętościowej w napromieniowanym roztworze, ΔT, jako funkcję czasu dla hybrydowych nanocząsteczek Fe2O3-Au, AuNPs oraz czystej wody dejonizowanej (DI H2O). Nanocząsteczki Fe2O3-Au i Au wykazują niemal identyczny profil temperatury, z jej wzrostem o ponad 40 °C. Wyraźnie widać, że absorpcja plazmonowa obu typów nanocząsteczek pozwala na bardzo wydajną przemianę światła w ciepło, przy czym w przypadku Fe2O3-Au dzieje się to przy znacznie niższym stężeniu Au, jak omówiono powyżej. Z drugiej strony, eksperyment z DI H2O nie wykazuje żadnej zmiany temperatury, co dowodzi, że wzrost temperatury w roztworach nanocząsteczek wynika wyłącznie z dyssypacji pochłoniętej energii elektromagnetycznej w nanocząsteczkach. ΔT na Rysunku 6A opisuje zmianę temperatury objętościowej, a temperatury w obszarze napromieniowania oraz w pobliżu powierzchni nanocząsteczek mogą być znacznie wyższe.13 Jednym z wskaźników tych wyższych temperatur jest zmiana masy roztworu, Δm, wynikająca z generowania pary wodnej. Rysunek 6B przedstawia zależność Δm od czasu dla hybrydowych nanocząsteczek Fe2O3-Au oraz dla DI H2O. Δm dla roztworu nanocząsteczek jest znacznie większa niż tło szybkości parowania, co wskazuje na wystarczająco wysoką temperaturę powierzchni, aby generować parę wodną w znacznym tempie.
<img alt="Schemat eksperymentu z użyciem wagi indukowanej laserem; roztwór NP w kuwecie, waga mikrogramowa, czujniki temperatury." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Schemat układu do ogrzewania laserowego. Kuwetę umieszczono na wadze mikrogramowej i oświetlono od góry wiązką lasera. Dwie termopary IR mierzą odpowiednio temperaturę kuwety oraz otoczenia. Wszystkie pomiary są synchronizowane i rejestrowane w programie do zbierania danych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres spektroskopii rentgenowskiej przedstawiający analizę pierwiastkową próbki; piki wskazują na obecność O, Fe, Au." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Reprezentatywne widmo EDX hybrydowych nanocząsteczek Fe2O3-Au. Oś abscys odpowiada energii, a oś ordynat liczbie zliczeń. Piki zostały oznaczone odpowiadającymi im pierwiastkami.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rozkład nanocząsteczek w obrazowaniu SEM; mikroskopia elektronowa; analiza struktury materiałów w nanoskali; skala 200 nm." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Obraz SEM hybrydowych nanocząsteczek Fe2O3-Au. Większe, ciemniejsze obszary to cząsteczki Fe2O3, które są udekorowane mniejszymi, jaśniejszymi nanocząsteczkami Au. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Wykresy spektroskopii absorpcji przejściowej; absorbancja w funkcji długości fali w różnych odstępach czasu." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Właściwości optyczne. (A) Widma absorbancji UV-vis hybrydowych nanocząstek Fe2O3-Au, wykazujące szeroką absorbancję światła widzialnego dla Fe2O3 oraz pik plazmonowy przypisany nanocząstkom Au w pobliżu 530 nm. (B) Widma absorbancji UV-vis roztworu reagentów w różnych odstępach czasu podczas reakcji, wykazujące absorbancję LSPR wynikającą z tworzenia się AuNP w roztworze oraz na nanocząstkach Fe2O3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Eksperyment stabilności koloidalnej; test separacji magnetycznej; seria obrazów kolb pokazująca fazy." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5. Właściwości magnetyczne. Fotografie nanocząsteczek Au-Fe2O3; (A) zdyspergowane w roztworze wodnym; (B) manipulacja magnetyczna (czas = 0 s); (C) manipulacja magnetyczna (czas = 2 min); (D) usunięcie magnesu; (E) nanocząsteczki Au-Fe2O3 po manipulacji magnetycznej, wykazujące, że mogą zostać łatwo ponownie zdyspergowane w roztworze wodnym. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykresy zmian temperatury i ubytku masy; efekt lasera na Fe₂O₃-Au i materiały w czasie; analiza danych." src="/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6. Eksperymenty fototermalne. Wykresy przedstawiające (A) zmianę temperatury roztworu, ΔT, oraz (B) ubytek masy, Δm, jako funkcje czasu. Pod wpływem naświetlania laserem nanocząstki (krzywe czarna i czerwona) generują znaczące wartości ΔT i Δm, które są istotnie wyższe niż wartości obserwowane dla czystej wody DI H2O w tych samych warunkach (krzywa niebieska). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>

Opisujemy syntezę i właściwości wielofunkcyjnych nanocząstek Fe2O3-Au wytwarzanych metodą mokrej chemii i badamy ich właściwości fototermiczne za pomocą promieniowania laserowego. Kompozytowe nanocząstkiFe2O3-Au zachowują właściwości obu materiałów, tworząc wielofunkcyjną strukturę o doskonałych właściwościach magnetycznych i plazmonicznych.

Wielofunkcyjne hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au do wydajnego ogrzewania plazmonicznego

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Ogólnym celem niniejszego badania jest zbadanie właściwości nowej klasy wielofunkcyjnych nanocząstek tlenku żelaza i złota otrzymanych metodą mokrej chemii oraz wykazanie, w jaki sposób mogą one efektywnie przekształcać światło w ciepło poprzez efekty plazmoniczne. Jednym ze sposobów na obniżenie kosztów związanych z wykorzystaniem nanocząstek metali szlachetnych w zastosowaniach przemysłowych jest stworzenie tańszych alternatyw o tych samych właściwościach, przy ułamku pierwotnych kosztów. Na przykład nanocząstek tlenku żelaza i złota mogą ogrzewać roztwory wodne fototermicznie równie wydajnie jak czyste nanocząstki złota, zachowując jednocześnie pierwotne właściwości tych ostatnich.Ze względu na niski koszt i wyjątkowe właściwości, nasze nanocząsteczki mogą być wykorzystywane w takich zastosowaniach jak fototermalna manipulacja AnaLight, obrazowanie i detekcja biomedyczna, przetwarzanie analityczne oraz detekcja magnetyczna. Aby rozpocząć tę procedurę, należy przygotować 25 milliMolar roztwór zapasowy tlenku żelaza w wodzie dejonizowanej. Do kolby stożkowej o pojemności 25 mililitrów należy dodać 10 mililitrów wody dejonizowanej oraz mieszadło magnetyczne.Po umieszczeniu kolby na bloku grzejnym należy dodać 100 µL roztworu zapasu tlenku żelaza, a następnie podgrzewać mieszaninę przy jednoczesnym mieszaniu przez około pięć minut. Następnie należy przygotować 10 mL 1% roztworu cytrynianu sodu, rozpuszczając 0,1 g cytrynianu sodu w 10 mL wody. Do kolby zawierającej roztwór tlenku żelaza należy dodać 1 mL 1% roztworu cytrynianu sodu.Po podgrzaniu roztworu do 100 °C, dodać do kolby 250 µL 0,01 M kwasu chloroaurowego. Kontynuować ogrzewanie roztworu w temperaturze 100 °C przez 10 minut. Następnie wyjąć roztwór z bloku grzewczego i pozostawić do ochłodzenia do temperatury pokojowej na jedną lub dwie godziny.Następnie oczyść próbki poprzez wirowanie przez siedem minut przy 4, 700 x g. Po zakończeniu procesu usuń nadosad z próbek. Następnie ponownie zdysperguj nanocząstki w ilości do 1 ml wody dejonizowanej.Aby scharakteryzować nanocząstki, należy przelać trzy mililitry rdzawobrązowego roztworu wodnego do kuwety metakrylanowej. Umieść zakupiony komercyjnie magnes w bezpośrednim sąsiedztwie kuwety. W tym momencie włącz zasilacz lasera oraz balans.Ustaw okna wagi w taki sposób, aby nie przesłaniały drogi wiązki lasera ani nie blokowały termopar IR. Po zdjęciu osłon ochronnych z termopar IR otwórz program do zbierania danych, kliknij Run i nazwij pomiar Warm Up. Podczas rozgrzewania się systemu przygotuj w dygestorium próbkę, pipetując odpowiednią ilość wybranego roztworu do kuwety metakrylowej. Ustaw moc lasera na najniższą wartość, która generuje ledwo widoczną wiązkę.Należy sprawdzić, czy wiązka lasera nie jest przesłonięta i czy pozostaje w punkcie ogniskowym termopary IR. Następnie należy umieścić próbkę na ramieniu wagi w taki sposób, aby ścianka kuwety była prostopadła do wiązki pomiarowej termopary IR, a plamka wiązki lasera trafiała w środek roztworu. Następnie należy zmniejszyć moc lasera, aż wiązka przestanie być widoczna.Po zakończeniu rozgrzewania należy zatrzymać program pomiarowy i wyjść z oprogramowania. Po ponownym wytarowaniu wagi i uruchomieniu programu do gromadzenia danych należy kliknąć Run i utworzyć nazwę pliku z danymi. Rozpocznij gromadzenie danych, klikając Save.Po 120 sekundach zbierania danych zwiększ moc lasera do pożądanej wartości. Po kolejnych 1000 sekundach zbierania danych ustaw moc lasera na wartość minimalną i wyłącz zasilacz lasera. Po zakończeniu eksperymentu wyjdź z programu.Po wyłączeniu wszystkich urządzeń i uprzątnięciu sprzętu, należy zapisać dane eksperymentalne w formacie ascii w celu ich dalszego przetwarzania. Analiza SEM ujawnia morfologię nanocząstek tlenku żelaza i złota, wykazując agregaty zaokrąglonych, nieregularnych cząstek tlenku żelaza, które wydają się być funkcjonalizowane mniejszymi, jasnymi i zaokrąglonymi nanocząstkami złota. W widmie UV-Vis-NIR nanocząstek hybrydowych obserwuje się wyraźny szczyt absorbancji przy 520 nm, który przypisuje się modowi LSPR nanocząstek złota funkcjonalizujących tlenek żelaza.Widma absorbancji UV-Vis roztworu reakcyjnego wykazują początkowo niewielką absorbancję w świetle widzialnym, co przypisuje się nanocząsteczkom tlenku żelaza rozproszonym w roztworze. W miarę postępu reakcji, w 1,5 minucie pojawia się piki, który odpowiada tworzeniu się nanocząsteczek złota i ich osadzaniu na powierzchni tlenku żelaza. Pomiary grzania fototermicznego nanocząsteczek tlenku żelaza pokrytych złotem oraz samych nanocząsteczek złota wykazują niemal identyczny profil temperatury, przy czym temperatura wzrasta o ponad 40 °C.Eksperyment z wodą dejonizowaną nie wykazuje żadnych zmian, co dowodzi, że wzrost temperatury w roztworach nanocząstek wynika wyłącznie z rozpraszania pochłoniętej energii elektromagnetycznej w nanocząstkach. Zmiana masy roztworu nanocząstek jest znacznie większa niż tło szybkości parowania, co wskazuje na wystarczająco wysoką temperaturę powierzchni, aby generować parę w znacznym tempie. Po opanowaniu techniki, jej przeprowadzenie zajmuje dwie godziny, pod warunkiem prawidłowej realizacji.Podczas wykonywania tej procedury ważne jest użycie czystego szkła laboratoryjnego, aby zapewnić powtarzalność wyników. Po zakończeniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak mikroskopia elektronowa, spektroskopia UV-Vis oraz DLS, w celu ustalenia, czy wystąpiły jakiekolwiek uszkodzenia wywołane laserem. Należy zachować odpowiednie środki ostrożności podczas pracy z otwartymi wiązkami lasera, takie jak ustawianie systemu przy minimalnej mocy lasera, sprawdzanie obecności obcych obiektów blokujących odbicia rozproszone, wyłączanie lasera, gdy tylko jest to możliwe, oraz noszenie odpowiednich okularów ochronnych do pracy z laserem w razie potrzeby.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak tanio wytwarzać nanocząsteczki w dużych ilościach oraz jak bezprzewodowo i na żądanie generować ukierunkowane ciepło w zastosowaniach praktycznych.

multifunctional-hybrid-fe2o3-au-nanoparticles-for-efficient-plasmonic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykazano, że pęsety plazmoniczne oraz nanostruktury kryształów fotonicznych zapewniają istotną poprawę wydajności i kontroli orientacji w optycznym chwytaniu mikro- i nanocząstek.

Wykorzystanie plazmonicznych i fotonicznych nanostruktur krystalicznych do usprawnionej manipulacji mikro- i nanocząsteczkami

Opisujemy metody projektowania, produkcji i eksperymentalnej charakterystyki plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących, które oferują o dwa rzędy wielkości wyższe poziomy mocy terahercowej w porównaniu do konwencjonalnych emiterów fotoprzewodzących.

Projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych

Tutaj opisujemy protokół syntezy magneto-plazmonicznych nanocząstek o silnym momencie magnetycznym i silnej absorbancji bliskiej podczerwieni (NIR). Protokół obejmuje również koniugację przeciwciał z nanocząstkami za pomocą ugrupowania Fc do różnych zastosowań biomedycznych, które wymagają specyficznego celowania molekularnego.

Synteza immunoukierunkowanych magnetoplazmonicznych nanoklastrów

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Przedstawiono protokół koloidalnej syntezy nanokostek srebra i wytwarzania plazmonicznych nanoskalowych anten krosowych z przerwami poniżej 10 nm.

Synteza koloidalna anten nanopatchowych do zastosowań w plazmonice i nanofotonice

Plazmoniczne nanopręty złota mogą być uwięzione w cieczach i obracane z częstotliwością kHz za pomocą pęsety optycznej o polaryzacji kołowej. Wprowadzenie narzędzi do analizy dynamiki Browna i spektroskopii rozpraszania światła prowadzi do powstania potężnego systemu do badań i zastosowań w wielu dziedzinach nauki.

Budowa i działanie napędzanego światłem układu silnika obrotowego Gold Nanorod

Przedstawiono protokół anizotropowego fotoosadzania Pd na wodno zawieszonych nanoprętach Au poprzez miejscowe powierzchniowe wzbudzenie plazmonów.

Fotoosadzanie Pd na koloidalnych nanoprętach Au przez powierzchniowe wzbudzenie plazmonów

Prezentowany tutaj jest protokół wytwarzania mikropęcherzyków z nanocząsteczkami tlenku żelaza (NSM) poprzez samoorganizację, synergię reakcji magnetycznej, akustycznej i optycznej w jednej nanoterapeutycznej platformie do hipertermii magnetycznej i fototermicznej terapii przeciwnowotworowej.

Mikropęcherzyki reagujące na magnesy, akustycznie i optycznie do hipertermii magnetycznej i potototermicznej skojarzonej terapii nowotworów

Prezentowany tutaj jest protokół syntezy nanocząstek (NPs) ze stopu srebra i palladu (Ag-Pd) na bazie ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). System ten pozwala na pozyskiwanie energii z promieniowania światłem widzialnym w celu przyspieszenia i kontrolowania przemian molekularnych. Ilustruje to redukcja nitrobenzenu pod wpływem lekkiego napromieniowania katalizowanego przez Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Otrzymywanie nanocząstek stopu srebra i palladu do katalizy plazmonicznej w świetle widzialnym

Metoda nakłuwania termoplazmonicznego łączy mikroskopię konfokalną, pęsetę optyczną i nanocząstki złota do badania reakcji białek podczas naprawy błony plazmatycznej w komórkach i gigantycznych pęcherzykach jednopłytkowych. Technika ta umożliwia szybkie i miejscowe nakłucie błony, co pozwala na identyfikację kluczowych białek i ich ról funkcjonalnych w skomplikowanej maszynerii naprawy błony plazmatycznej.

Termoplazmoniczne podejście do badania naprawy błon plazmatycznych w żywych komórkach i błonach modelowych

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.

Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Poznaj syntezę wielofunkcyjnych nanocząstek Fe₂O₃-Au metodą chemiczną w fazie ciekłej oraz ich właściwości fototermiczne. Ta technika umożliwia wydajne ogrzewanie plazmoniczne z zastosowaniem w biomedycynie i przemyśle.

Wielofunkcyjne hybrydowe nanocząstki Fe₂O_3-Au do wydajnego ogrzewania plazmonicznego

Przeglądaj więcej filmów