Методическая статья

Многофункциональный Hybrid Fe 2 O 3 Аи Наночастицы для эффективного Плазмонное Обогрев

DOI:

10.3791/53598

⸱

20 февраля 2016 г.

 ,  , 
1National Security Directorate, Savannah River National Laboratory, 2Analytical Development Directorate, Savannah River National Laboratory

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы описываем синтез и свойства многофункциональных наночастиц Fe2O3-Au, полученных с помощью влажного химического подхода, и исследуем их фототермические свойства с помощью лазерного излучения. Композитные наночастицы Fe2O3-Au сохраняют свойства обоих материалов, создавая многофункциональную структуру с отличными магнитными и плазмонными свойствами.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Одним из наиболее широко используемых способов изготовления коллоидных частиц золота nanospherical включает восстановление тетрахлороаурат (HAuCl 4) к нейтральной золота Au (0) восстанавливающими агентами, такими как цитрат натрия или боргидрид натрия. Распространение этого метода для украшения оксид железа или аналогичные наночастицы с наночастицами золота, чтобы создать многофункциональный гибрид Fe 2 O 3 -Au наночастицы проста. Такой подход позволяет получить достаточно хороший контроль над размерами наночастиц Au и погрузки на Fe 2 O 3. Кроме того, размер Au металла, форма, и загрузка может быть легко настроена путем изменения параметров эксперимента (например, концентрации реагентов восстановителей, поверхностно-активные и т.д.). Преимущество этой процедуры состоит в том, что реакция может быть сделано в воздухе или воде, и, в принципе, поддается расширению. Использование таких оптически настраиваемых Fe 2 O 3 -AU наночастицы для hypertherИсследования МВД является привлекательным вариантом, так как для своей выгоды плазмонного нагрева наночастиц золота настроены поглощать свет сильно в VIS-NIR области. В дополнение к своим плазмонных эффектов, наноразмерных Au предоставляет уникальную поверхность для интересных химических и катализа. Fe 2 O 3 материал обеспечивает дополнительную функциональность благодаря своему магнитному собственности. Например, внешнее магнитное поле может быть использовано для сбора и повторного использования гибрид Fe 2 O 3 -au наночастицы после каталитического эксперимента, или, альтернативно, магнитное Fe 2 O 3 может быть использован для гипертермии исследований с помощью магнитной индукции тепла. Фототермическая Эксперимент, описанный в этом отчете измеряет объемную изменение температуры и потери массы наночастиц решение, как функции времени, с помощью инфракрасных сенсоров и баланс, соответственно. Легкость пробоподготовки и использование легко доступного оборудования явные преимущества этого метода. Предостережение является йна этих фототермических измерений оценить температуру объеме раствора, а не на поверхности наночастицы, где трансдуцированную тепло, и температура может быть выше.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Начиная с их использованием в древнем дихроичным стеклом, 1 наночастицы золота (AuNPs) часто способствовали развитию новых технологий. 2,3 Более современные примеры этих технологий включают маскировки устройства и частицы, которые могут как выявлению и лечению рака. 4,5 AuNPs обладают многими замечательными свойствами, но наиболее заметным среди них является наличие локализованных поверхностных плазмонов резонансов (LSPRs), которые возникают, когда падающая электромагнитная радиация резонансно диски свободных электронов в коллективных колебаний, создавая интенсивные и очень замкнутые электромагнитные поля. 6 интригующий аспект из LSPRs том, что они можно настраивать. То есть, энергия резонанса можно регулировать путем изменения формы и размера AuNPs или путем изменения показателя преломления окружающей среды. Еще одно свойство AuNPs, и золото в общем, в том, что они являются относительно дорогими. Хотя это может сделать золото более привлекательным сроскошный позиция, для технологических применений, это является недостатком и может быть препятствием для общего пользования. Два потенциальных решений этой проблемы ищут менее дорогие альтернативные материалы, которые обладают сходными свойствами, как золото, или найти способ объединить золото с другим материалом, чтобы создать композитный материал с аналогичными свойствами, но меньшим количеством драгоценного металла. Последнее решение, возможно, более интересно, как это допускает возможность создания многофункционального гибридную наноструктуры с физико-химическими свойствами двух или более материалов. 7

Железо (III) оксид, Fe 2 O 3, является отличным кандидатом для одного компонента такой смеси, так как это широко доступны, недороги, и нетоксичными. Кроме того, магемит фаза, γ-Fe 2 O 3, является ферримагнитная, а фаза гематита, α-Fe 2 O 3, слабо ферромагнитного. Таким образом, комбинациязолото с Fe 2 O 3 может потенциально привести к наночастицы, которые проявляют плазмонных свойства, а также взаимодействовать с внешними магнитными полями, пока значительно дешевле, чем чистого золота. Такой гибридный наноструктуры может найти интересные реальных приложениях. Например, наночастицы Fe 2 O 3 -AU оказались полезными как для диагностики и лечения рака через магнитно-резонансной томографии и фототермической терапии. 8 В этом случае, Fe 2 O 3 функционирует как МРТ контрастного вещества, в то время как часть Au локально преобразует инцидента свет, чтобы нагреть через рассеивание электромагнитной энергии, поглощаемой при LSPR. Кроме того, наночастицы Fe 2 O 3 -au продемонстрировали плазмонного усиления каталитической конверсии СО в СО2 при видимым освещением, и такие структуры могут быть также использованы для фототермической преобразования солнечной энергии. 9,10

Тхиs Отчет описывает синтез Fe 2 O 3 -AU наночастицы, используя простой мокрой химический метод. Гибрид структура состоит из 2 O 3 ядра Fe, украшенный с меньшими AuNPs. Важно отметить, что полученные Fe 2 O 3 -AU наночастицы сохраняют обе магнитные и плазмонных свойства составных материалов, что создает многофункциональный частицу, которая могла бы быть полезной для различных приложений. Для того чтобы проиллюстрировать плазмонных применений этих гибридных наночастиц, фототермическая характеристика наночастиц с использованием лазерной системы отопления также описано. Измерения показали, что фототермические гибрида наночастицы Fe 2 O 3 -au способны нагревать водные растворы также эффективно, как чистых AuNPs, даже со значительно меньшей концентрацией благородного металла. Эти результаты подтверждают метод использования композитных или гибридные материалы, чтобы уменьшить затраты и достичь большего functionalitу.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Синтез протокол наноматериалы

  1. Подготовка исходного раствора Fe 2 O 3 до 25 мм.
    Примечание: Все маточные растворы, полученные с использованием деионизированной воды, если не указано иное.
  2. Возьмем 25 мл коническую колбу.
  3. Добавить 10 мл деионизированной (ДИ) воды и мешалкой, и разместить его на нагревательном блоке.
  4. Добавить 100 мкл Fe 2 O 3 исходного раствора (25 мм), чтобы эту колбу.
  5. Раствор нагревают при перемешивании в течение примерно 5 минут.
  6. Подготовьте 10 мл 1% цитрата натрия растворением 0,1 г цитрата натрия в 10 мл воды.
  7. Добавить 1 мл 1% -ного раствора цитрата натрия в 25 мл колбе, содержащей водный раствор Fe 2 O 3.
  8. Доведите раствор до кипения (100 ° C).
  9. Добавить 250 мкл 0,01 М тетрахлороаурат.
  10. Продолжить нагревание раствора при 100 ° С в течение 10 мин. Через несколько минут (2-3 мин), раствор становится красным / коричневатый Indicaка, что наночастицы Au производятся.
  11. Удалить раствор из нагревательного блока и дать ему остыть при комнатной температуре (примерно 20 ° C) (1-2 ч).
  12. Очищают образцы путем центрифугирования в течение 7 мин при 4700 × г.
  13. Удалить супернатант из центрифугированных образцов.
  14. Re-разогнать центрифугировали наночастиц в DI воде, до 10 мл.

2. Наночастицы Характеристика

  1. SEM / EDX характеристика:
    1. Поместите 1-2 мкл центрифугировали наночастиц на медную сетку и дайте ему высохнуть в течение 1 часа.
    2. Поместите образец в чистую емкость и принять его на СЭМ / EDX для характеризации. 11,12
  2. УФ-Вид характеристика:
    1. Включите УФ-Вис и позволить ему прогреться в течение 10-15 мин.
    2. Запись эталонного спектра DI воды.
    3. Поместите 1 мл водного раствора наночастиц в метакрилата кюветеи записать UV-VIS спектры над длин волн l = 300 - 1000 нм.
    4. Избегайте насыщение сигнала, сохраняя максимальную оптическую плотность меньше, чем ~ 1,2. Если наблюдаемый максимум поглощения больше, уменьшить высоту пика разбавлением пробы или использовать более короткий путь длины кюветы.
      Примечание: полосы поверхностных плазмонов Аи (λ ≈ 525 нм) должно быть легко наблюдается.
  3. Магнитный манипуляции
    1. Поместите 3 мл красного / коричневатых водных образцов магнитных / плазмонное наноструктур в метакрилата кювет.
    2. Поместите купленных магнит (~ 100 Гаусс) в непосредственной близости от кюветы.
      Примечание: В течение нескольких минут, все магнитные / плазмонных наночастиц «привязаны» к стороне кюветы метакрилата, где был помещен магнит. Решение оказалось от коричневого до бесцветного с указанием, что наночастицы сохранили свои магнитные свойства даже после Au наносился на Fe 2 O 3 поверхности.
  4. Индуктивно-связанной плазмой Масс-спектрометрия (ICP-MS) анализ. 13
    1. Используйте водные образцы наночастиц решений в данном анализе.
    2. Дайджест очищают образцы наночастиц в азотной кислоте, чтобы превратить их в ионную форму до экспериментов массовых анализа путем передачи всех образцов в пробирках с получением конечного объема 10 мл 2% -ной азотной кислоты. Разрешить 30 мин для пищеварения пройдет.
    3. Создание калибровочной кривой с известными концентрациями аналитов (например, Au, Fe).
    4. Образцы Spike с внутренним стандартным раствором, содержащим 10 частей на миллиард Rh а в и анализировать в полуколичественного режиме ICP-MS в соответствии с инструкциями изготовителя. Эта методика предполагает анализ контролепригодной многоэлементой NIST (10 частей на миллиард в систему и 100 частей на миллиард Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, и U).
    5. Сравните определенные интенсивности для стандарта с intensitiES для других образцов с получением приблизительные концентрации для выбранных элементов. Для учета плазменных и приборных заносов, все образцы должны иметь минимум концентрации 10 частей на миллиард для В, который был добавлен для всех образцов.
    6. Определить элементарного концентрацию анализируемых интересов для приготовленных растворов, выполнив следующие действия:
      1. Выполните начальную образец проверки калибровки стандарта многоэлементной (10 частей на миллиард в систему и 75 частей на миллиард Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, и U).
      2. Выполните начальную калибровочный бланк деионизированной воды.
      3. Выполнить анализ ICP-MS на два образца, представляющего интерес.
      4. Продолжить выполнение образца проверки калибровки (10 частей на миллиард в систему и 75 частей на миллиард Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, и U) стандарта многоэлементной.
      5. Продолжить калибровки заготовки из деионизированной воды.
        Примечание: В соответствии со спецификациями производителей, измерения ICP-MS иметь неопределенность 20%. Наноматериалов лабораторная работа была выполнена под AFумэ капот. СИЗ (лабораторный халат, фартук, тонкие млн нитриловые перчатки для случайного контакта, и очки) и щиток должен быть использован, если капот створки выше уровня подбородка. Минимальная СИЗ требуется при работе с наноматериалов; Одноразовый халат, тонкие млн нитриловые перчатки для случайного контакта и защитные очки с боковыми щитками будут носить в лаборатории при работе наноматериалов. Наноматериалов подшипник отходы не должны быть помещены в регулярном мусор или в канализацию.

3. Лазерный нагрев Эксперимент

  1. Включите лазерного источника питания и баланса.
    Примечание: длина волны лазера, используемого в данном эксперименте (λ = 532 нм) выбирается так, чтобы соответствовать LSPR абсорбции пик как можно ближе. Однако фототермические эффекты могут быть вызваны с помощью любой длины волны, что перекрывается с поглощением наночастиц. Теплопроизводительностью просто больше при освещении на резонансе.
  2. Установить весы окна, чтобы они DO Не закрывайте лазерный путь или блокировать инфракрасные (ИК) термопары. Инфракрасные термопары зонды бесконтактные температуры и должны быть в зоне прямой видимости к измерению поверхности. На рисунке 1 показана схема экспериментальной установки.
  3. Снятие защитных крышек от ИК термопар.
  4. Откройте программу сбора данных и запустить, называя измерение ", прогрева." Программа программного обеспечения на заказ собирает значения баланса и сопротивления термопары как функцию времени, и когда программа запущена он записывает эти величины в файле данных.
  5. Выполните измерение, по крайней мере 20 мин, чтобы позволить системе, чтобы согреться.
  6. В то время как система разогревается, приготовить образец с помощью пипетки соответствующее количество (3 мл) желаемого раствора в метакрилата кювете. Количества, используемые здесь, 3 мл раствора для стандартных кювет и 1 мл на полу-микро кювет.
  7. Регулировка мощности лазера до самого низкого брусчаткиING, которая производит едва заметный луч, который составляет 1,5 А для лазерной системы, используемой здесь. Убедитесь, что пятно лазерного луча нет препятствий и остается в фокусе ИК термопары.
  8. Поместите образец на коромысле, так что сторона кюветы перпендикулярна измерения ИК луча термопары и пятна лазерного луча попадает на центральную часть раствора.
  9. Уменьшите мощность лазера до луч больше не видно, но не выключайте электропитание.
  10. Через 20 мин прогрева завершена. Остановить программу измерений и выход из программного обеспечения.
  11. RE-ZERO баланс. Откройте программу сбора данных, выберите пункт Выполнить, а затем создать имя файла данных. Эксперимент будет работать назвав файл и нажать кнопку "Сохранить". Точная экспериментальная процедура будет зависеть от информации желаемого, но модель подпрограмма приводится здесь.
    1. Начало сбора данных. После 120 секунд, поднимите лAser власть нужное положение (1,2 Вт для этих экспериментов, которые при фокусировке в ~ 20 мкм месте соответствует ~ 3,8 × 10 5 Вт / см 2). Собрать данные для другого 1000 сек, а затем настроить мощность лазера на минимум и отключить питания лазера. Продолжать собирать данные для другого 1000 сек перед остановкой измерение.
  12. После того, как экспериментальная процедура завершена, закройте из программы, перевернуть все прочь, и закройте крышкой все оборудование. Сохранить экспериментальные данные в формате ASCII и дальнейшего процесса и анализировать с помощью дополнительного программного обеспечения.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Состав материала является важным фактором для гибридных материалов. Энергодисперсионный Рентгеновский анализ (EDX) и индуктивно-связанной плазмой Масс-спектрометрия (ICP-MS) может предоставить эту информацию. Анализ EDX обеспечивает полу-количественные данные (рисунок 2), а ИСП-МС обеспечивает точную количественную информацию, касающуюся элементов, представляющих интерес. Установлено, что наночастицы гибрид Fe 2 O 3 -AU имеют концентрации Fe и Au на ρFe = 150 частей на миллиард и ρAu = 49 частей на миллиард. Для сравнения, чистые наночастицы AU, которые используются в качестве контроля для фототермической отопления, имеют гораздо более высокие концентрации Au о ρAu = 1100 частей на миллиард.

Анализ SEM показывает морфологию наночастиц Fe 2 O 3 Аи (Рисунок 3), показывая агрегаты округлых частиц неправильной формы, которые появляются с введенными функциональными меньше, яркий,и закругленные наночастиц. Более крупные наночастицы идентифицируются как Fe 2 O 3, в то время как более мелкие, более яркие наночастицы идентифицируются как Au. Этот тип морфологии часто называют "украшенный" наночастиц. 14 В этом случае, поверхность опорной частицы, Fe 2 O 3, украшен меньшие, изолированных наночастиц Au. Статистический анализ показывает, что наночастицы Fe 2 O 3 наночастицы имеют средний диаметр D = 40 ± 10 нм. В функционализующих наночастицы Au имеют более широкий диапазон размеров, с D = 20 ± 20 нм. Динамического рассеяния света (DLS) измерения могут количественно поведение агрегирования, и было обнаружено, что гибридный Fe 2 O 3 -AU наночастицы имеют средний гидродинамический радиус DH = 243 нм с бункеров население в DH = 61 нм (13%) и DH = 310 нм (87%). Кроме того, дзета-потенциал оказывается z = -16 мВ, который может помочь ограничитьагрегация поведение.

UV-VIS-NIR спектр гибрида наночастицы Fe 2 O 3 -au показано на фиг.4А. Отчетливый пик поглощения наблюдается при длине волны λ ≈ 520 нм, и приписывается режиме LSPR наночастиц Au функционализации Fe 2 O 3. Длина волны LSPR согласуется с литературными данными для AuNPs с аналогичными морфологии. 11,12 плазмонное поведение гибридных структур связано с образованием AuNP на опорах Fe 2 O 3. Это может быть непосредственно наблюдали на месте UV-VIS-спектроскопии. 4Б показаны UV-VIS спектры поглощения раствора реагента в различные моменты времени в течение реакции. Первоначально есть некоторые незначительные видимый свет оптическую отнести к 2 O 3 наночастицы Fe, диспергированных в растворе. По мере протекания реакции, то абсо rbance увеличивается, а при 1,5 мин, пик начинает формироваться, которая становится лучше определяется как реакция продолжается. Этот пик результаты LSPR поглощения и соответствует образованию AuNPs и их осаждения на поверхности носителя Fe 2 O 3. Магнитное поведение наночастиц Fe 2 O 3 -au легко видеть посредством манипуляций с внешним магнитным полем. Первоначально раствор Fe 2 O 3 -Au имеет коричневатый цвет (фиг.5В). Тем не менее, после размещения раствора во внешнем магнитном поле, раствор постепенно становится прозрачной в течение нескольких минут, как полнота магнитных наночастиц гибридных собирают области (5С). Магнитное коллекция является обратимым, и многофункциональные наночастицы могут быть повторно диспергированы путем перемешивания раствора, как показано на рисунках 5D и 5Е.

1 "> Измерения Фототермический нагревательные показаны на фиг.6А, который показывает зависимость объемной изменение температуры в облученном растворе, & Delta; t, как функцию времени для гибрида Fe 2 O 3 -au наночастиц, AuNPs, и чистой деминерализованной воды (DI H 2 O). Fe 2 O 3 -AU и Au наночастицы проявляют практически идентичные температурный профиль, с температурой растет более чем на 40 ° C. Ясно, что плазмонных абсорбцию обоих наночастиц типа способны очень эффективно преобразовывать свет в тепло, но в Fe 2 O 3 -Au делать это с существенно более низкой концентрации Au, как обсуждалось выше. с другой стороны, Д.И. H 2 O эксперимент не показывает никаких изменений в температуре, которая демонстрирует, что рост температуры в наночастиц решений исключительно из-за диссипации поглощенной электромагнитной энергии в наночастицах. Delta; t на фиг.6А описывает изменение объемной TEMPERATURе, и температура в облученной области и вблизи наночастиц поверхностей может быть значительно выше. 13 Изменение массы решения, Am, который возникает из поколения паровой является одним из показателей этих более высоких температурах. 6В участки Δm зависимости от времени для гибрид Fe 2 O 3 наночастицы Аи и DI H 2 O. Δm для решения наночастиц намного больше, чем фоновый скорости испарения, указывающий достаточно высоких температурах поверхности для генерирования пара со значительной скоростью.

figure-results-1
Рисунок 1. Схема установки лазерного нагрева. Кювета помещается на шкале микрограмм и освещена лазерным лучом сверху. Два ИК термопары измеряют температуру кюветы и окружающей соответственно. Все измерения будут синхронизированы и вошли в collecti данныхна программы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

figure-results-2
Рисунок 2. Представитель EDX спектр гибрида Fe 2 O 3 -au наночастицы. Ось абсцисс соответствует энергии а ось ординат соответствует числу отсчетов. Пики были помечены с соответствующим элементом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

figure-results-3
Рисунок 3. СЭМ изображение гибрида Fe 2 O 3 -AU наночастицы. Круп э, темные регионы Fe 2 O 3 частицы, которые украшены меньше ярких наночастиц Au. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

figure-results-4
Рисунок 4. Оптические свойства. (А) UV-VIS спектры поглощения гибрида Fe 2 O 3 -Au наночастицы, показывающие широкий видимого света поглощение Fe 2 O 3 и плазмонных пик, отнесенный к наночастиц Au вблизи 530 нм. (B) UV-VIS спектры поглощения раствора реагента в разное время реакции, показывающей поглощение LSPR вытекающие из формирования AuNP в растворе и на наночастиц Fe 2 O 3..com / файлы / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

figure-results-5
Рисунок 5. Магнитные свойства Фотографии 2 O 3 наночастицы Au-Fe. (А) диспергируют в водном растворе; (Б) магнитного манипуляция (время = 0 сек); (С) магнитного манипуляция (время = 2 мин); (D) магнит удаляется; (Е) Au-Fe 2 O 3 наночастицы следующие магнитного манипуляции, показывающие, что они могут быть легко повторно диспергируют в водном растворе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

figure-results-6 Фигура эксперименты 6. фототермическая. Участок показывающие (A) изменение температуры раствора, & Delta; t, и потери массы (B), Am, как функции времени. Под действием лазерного излучения, наночастицы (черные и красные кривые) генерируют значительную Delta; t и значения Δm, что значительно больше, чем те, которые происходят для чистого DI H 2 O при одинаковых условиях (синяя кривая). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этого рисунка ,

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Использование наночастиц оптически настраиваемых золотых для исследований гипертермии является привлекательным вариантом, так как для своей выгоды плазмонного нагрева наночастиц золота настроены поглощать свет сильно в VIS-NIR области. Исследования плазмонных отопления, описанные здесь, были рассмотрены с помощью лабораторных подготовлены и коммерчески доступные железа оксид золота гибридные наноматериалы. Одним из наиболее широко используемых способов изготовления коллоидных частиц золота nanospherical включает восстановление тетрахлороаурат (HAuCl 4) к нейтральной золота Аи (0) по восстанавливающими агентами, такими как цитрат натрия, боргидрид натрия и т.п. 15,16 Синтез наночастицы золота на наночастицы оксида железа проста. Можно было легко контролировать размер Au металла, формы и загрузку путем изменения параметров эксперимента, например, концентрации реагентов, восстанавливающих агентов, поверхностно-активные и т.д. 17 Такой подход позволяет получить хороший контроль над Au nanoparticlРазмеры е и равномерное наночастиц погрузки на Fe 2 O 3. Другие благородные металлы могут быть также получены по этой методике, включая Ag, Pt, и Pd. 18 Явное преимущество этой процедуры состоит в том, что методика реакции может быть сделано в воздухе или воде, и, в принципе, поддается расширению. Использование коммерческих наноматериалов и / или масштабируемых мокрому химические процедуры идеально подходит для крупномасштабных приложений лечения или биологических приложений, поскольку эти материалы легко доступны и более экономичным, чем пользовательские синтезированных материалов и процедур. Поверхностные модификации этих металлических наноструктур также представляют интерес в научном сообществе. Ряд органических (ПАВ, бифункциональных тиолов, полимеров, аминокислоты, белки, ДНК) и неорганических материалов (двуокись кремния, другие металлы, оксиды металлов и т.д.) 19 может быть дополнительно загружаемых или функционализированных на этих поверхностей для создания нанокомпозитных материалов с различными конструкции, геометрии,Композиции и многофункциональные возможности, для биологического таргетинга, доставки лекарств, зондирование, визуализации, экологических применений и т.д.

Кроме того, методика фототермическая описано здесь хорошо подходит, чтобы охарактеризовать плазмонных свойства различных материалов, а температура массы и измерения массы могут быть сравнительно легко выполнить с помощью легко доступного оборудования. Простота пробоподготовки и измерения явное преимущество по сравнению с другими плазмонных методов / применений. Например, такие методы, как поверхности с повышенной спектроскопии комбинационного рассеяния и LSPR зондирования весьма чувствительны к подготовке как подложкой и мишенью, 20,21, что делает повторяемость и сопоставления между образцами более сложных. Одним из возможных недостатком измерений фототермических, описанных выше, которые температура измеряется от насыпной масштабе, а не на поверхности наночастицы, где трансдуцированную тепло. Есть термоМетоды метрия, которые могут предоставить эту локальную информацию о температуре, 22-24, но они требуют более сложной подготовки образца, что делает их более сложным для реализации. Наконец, измерения, описанные здесь легко могут быть объединены с другими методами (например, фотокаталитический ухудшение) 9, чтобы оценить фототермическая влияние на разных процессах.

Таким образом, мы описали синтез гибридных Fe 2 O 3 -Au наночастиц решения и их фототермическую характеристику. Даже с 20 × меньшей концентрацией Au, эти Fe 2 O 3 -au наночастицы способны photothermally водные растворы тепла также эффективно, как AuNPs, демонстрации преимуществ гибридных материалов. Кроме того, гибридные структуры сохраняют свойства обоих материалов, созданию многофункционального структуру с магнитными и плазмонных свойств. Такие структуры представляют интерес для биомедицинских применений,8, но много других аспектов использования можно представить.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Финансовую поддержку этой работы была предоставлена ​​Департаментом энергетики DOE- лаборатории, руководимой исследований и развития (LDRD) Стратегической программы Initiative. Мы благодарим г-н Генри сессий и г-на Чарльза Шик за предоставление свое время и опыт, чтобы помочь нам с нашими экспериментами.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
<сильно>Тригидрат хлорида золота (III) Сигма-Олдрич520918 ≥ 99,9% микропримесей металлов базис
><оксид железа(III)сигма-Альдрич544884нанопорошок, < 50  нм размер частиц (BET)
Цитрат натрия трехосновной дигидратSigma-AldrichS4641ACS реагент, ≥ 99,0% 
СЭМХитачиS8200
TEMHitachi H95000
EDXОксфорд Инструменты SDD - X-Max
DLSBrookhaven InstrumentsNanoBrook Omni
ICP-MSAgilent7500s
UV-Vis-NIR спектрометрTec5 MultiSpec
Laser, λ = 532 нм Del Mar PhotonicsDMPV-532-1
Микрограммовый балансMettler Toledo XP205
Инфракрасные термопарыOmega EngineeringOS801-HT

Ссылки

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

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи