Híbrido multifuncional Fe ₂ ó ₃ -au Nanopartículas para Aquecimento plasmonic Eficiente

O objetivo geral deste estudo de pesquisa é investigar as propriedades de uma nova classe de nanopartículas multifuncionais de óxido de ferro e ouro produzidas por uma abordagem química úmida e mostrar como elas podem transduzir luz em calor com eficiência por meio de efeitos plasmônicos. Uma maneira de reduzir os custos associados às nanopartículas de metais nobres para aplicações industriais é criar alternativas mais baratas que tenham as mesmas propriedades por uma fração do custo. Por exemplo, as nanopartículas de ouro de óxido de ferro podem aquecer fototermicamente soluções aquosas de forma tão eficiente quanto as nanopartículas de ouro puro, mantendo as propriedades originais destas últimas.

Devido ao seu baixo custo e propriedades únicas, nossas nanopartículas podem ser usadas para aplicações como manipulação fototérmica AnaLight, imagens biomédicas e sensoriamento, processamento analítico e sensoriamento magnético. Para iniciar este procedimento, prepare uma solução estoque de óxido de ferro a 25 milimolares em água deionizada. Adicione 10 mililitros de água deionizada e uma barra de agitação a um balão cônico de 25 mililitros.

Depois de colocar o frasco em um bloco de aquecimento, adicione 100 microlitros da solução estoque de óxido de ferro e aqueça a mistura mexendo por aproximadamente cinco minutos. Em seguida, prepare 10 mililitros de uma solução de citrato de sódio a 1% dissolvendo 0,1 gramas de citrato de sódio em 10 mililitros de água. Adicione 1 mililitro da solução de citrato de sódio a 1% ao frasco que contém a solução de óxido de ferro.

Depois de aquecer a solução a 100 graus Celsius, adicionar 250 microlitros de ácido cloroáurico 0,01 molar ao balão. Continue aquecendo a solução a 100 graus por 10 minutos. Em seguida, retire a solução do bloco de aquecimento e deixe-a esfriar até a temperatura ambiente por uma a duas horas.

Em seguida, purificar as amostras por centrifugação durante sete minutos a 4.700 x g. Quando terminar, remova o sobrenadante das amostras. Em seguida, redistribua as nanopartículas em até um mililitro de água deionizada.

Para caracterizar as nanopartículas, coloque três mililitros da solução aquosa marrom-avermelhada em uma cubeta de metacrilato. Coloque um ímã comprado comercialmente próximo à cubeta. Neste ponto, ligue a fonte de alimentação do laser e balanceie.

Posicione as janelas de equilíbrio de forma que não obstruam o caminho do laser ou bloqueiem os termopares infravermelhos. Depois de remover as tampas protetoras dos termopares infravermelhos, abra o programa de software de coleta de dados, clique em Executar e nomeie a medição como Warm Up.Enquanto o sistema está aquecendo, em um exaustor, prepare a amostra pipetando a quantidade apropriada da solução desejada em uma cubeta de metacrilato. Ajuste a potência do laser para a configuração mais baixa que produz um feixe quase invisível.

Verifique se o ponto do feixe de laser está desobstruído e permanece no ponto focal do termopar infravermelho. Em seguida, coloque a amostra no braço de equilíbrio, de modo que o lado da cubeta fique perpendicular ao feixe de medição IR do termopar e o ponto do feixe de laser atinja o centro da solução. Reduza a potência do laser até que o feixe não seja mais visível.

Quando o aquecimento estiver concluído, pare o programa de medição e saia do software. Depois de zerar novamente o saldo e abrir o programa de software de coleta de dados, clique em Executar e crie um nome para o arquivo de dados. Inicie a coleta de dados clicando em Salvar.

Após 120 segundos de coleta de dados, aumente a potência do laser para a configuração desejada. Após a coleta de dados por mais 1000 segundos, ajuste a potência do laser para a configuração mínima e desligue a fonte de alimentação do laser. Quando o experimento estiver concluído, saia do programa.

Depois de desligar tudo e recuperar todo o equipamento, salve os dados experimentais em formato ascii para processamento posterior. A análise de MEV revela a morfologia das nanopartículas de ouro de óxido de ferro, mostrando agregados de partículas de óxido de ferro irregulares arredondadas que aparecem funcionalizadas com nanopartículas de ouro menores, brilhantes e arredondadas. Um pico de absorbância distinto no espectro UV-Vis-NIR das nanopartículas híbridas é observado em 520 nanômetros, e é atribuído ao modo LSPR das nanopartículas de ouro, funcionalizando o óxido de ferro.

Os espectros de absorbância UV-Vis da solução de reação mostram alguma leve absorbância inicial de luz visível, atribuída às nanopartículas de óxido de ferro dispersas na solução. À medida que a reação prossegue, um pico se forma em 1,5 minutos, o que corresponde à formação e deposição de nanopartículas de ouro na superfície do óxido de ferro. As medições de aquecimento fototérmico do ouro de óxido de ferro e nanopartículas de ouro exibem um perfil de temperatura quase idêntico, com temperaturas aumentando em mais de 40 graus Celsius.

O experimento da água deionizada não mostra nenhuma mudança, o que demonstra que o aumento da temperatura nas soluções de nanopartículas é exclusivamente devido à dissipação da energia eletromagnética absorvida nas nanopartículas. A mudança na massa da solução de nanopartículas é muito maior do que a taxa de evaporação de fundo, indicando temperaturas superficiais suficientemente altas para gerar vapor a uma taxa significativa. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em duas horas se for executada corretamente.

Ao tentar este procedimento, é importante usar vidraria de laboratório limpa para garantir resultados reprodutíveis. Após este procedimento, outros métodos como microscopia eletrônica, UV-Vis e DLS podem ser realizados para determinar se ocorreram danos induzidos por laser. Tome as devidas precauções ao trabalhar com feixes de laser abertos, como alinhar o sistema com potências mínimas de laser, verificar reflexos dispersos de bloqueio estrangeiro e fechar o laser sempre que possível e usar óculos de segurança a laser apropriados quando necessário.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como produzir nanopartículas baratas em grandes quantidades e como gerar calor direcionado sem fio e sob demanda para aplicações do mundo real.