El apoyo financiero de este trabajo fue proporcionada por el Departamento de Energía DOE- laboratorio que dirige el Programa Estratégico Iniciativa de Investigación y Desarrollo (LDRD). Agradecemos al Sr. Henry Sesiones, y el Sr. Charles Shick para brindar su tiempo y experiencia para ayudarnos con nuestros experimentos.

1. Protocolo de Síntesis Nanomateriales <ol><li> Preparar una solución madre de Fe 2 O 3 de 25 mM. Nota: Todas las soluciones madre se preparan usando agua desionizada a menos que se indique lo contrario. </li><li> Tomar un matraz cónico de 25 ml. </li><li> Añadir 10 ml de agua desionizada (DI) y una barra de agitación, y colocarla sobre un bloque de calentamiento. </li><li> Añadir 100 l de Fe 2 O 3 solución madre (25 mM) para este frasco. </li><li> Calentar la solución mientras se agita durante aproximadamente 5 min. </li><li> Preparar citrato de sodio 10 ml 1% disolviendo 0,1 g de citrato de sodio a 10 ml de agua. </li><li> Añadir 1 ml de la solución de citrato de sodio 1% al matraz de 25 ml que contiene la solución acuosa de Fe 2 O 3. </li><li> Llevar la solución a ebullición (100 ° C). </li><li> Añadir 250 l de ácido cloroáurico 0,01 M. </li><li> Continuar calentando la solución a 100 ° C durante 10 min. Después de varios minutos (2-3 minutos), la solución se vuelve indica rojo / marrónting que se producen nanopartículas de oro. </li><li> Se elimina la solución del bloque de calentamiento y dejar que se enfríe a temperatura ambiente (aproximadamente 20 ° C) (1-2 horas). </li><li> Purificar las muestras por centrifugación durante 7 minutos a 4.700 x g. </li><li> Eliminar el sobrenadante de las muestras centrifugadas. </li><li> Vuelva a dispersar las nanopartículas centrifugados en agua DI, hasta 10 ml. </li></ol> 2. Caracterización de nanopartículas <ol><li> Caracterización SEM / EDX: <ol><li> Coloque 1-2 l de nanopartículas se centrifugaron en una rejilla de cobre y deje que se seque durante 1 hora. </li><li> Colocar la muestra en un recipiente limpio y llevarlo a la SEM / EDX para la caracterización 11,12. </li></ol></li><li> UV-Vis caracterización: <ol><li> A su vez en el espectro UV-Vis y dejar que se caliente durante 10-15 minutos. </li><li> Registrar un espectro DI agua de referencia. </li><li> Colocar 1 ml de solución acuosa de la nanopartícula en una cubeta de metacrilatoy registrar el espectro UV-Vis más longitudes de onda λ = 300 - 1000 nm. </li><li> Evitar la saturación de la señal, manteniendo el máximo de absorbancia menor que ~ 1.2. Si la absorbancia máxima observada es más grande, reducir la altura del pico por dilución de la muestra o el uso de una más corta de longitud de ruta cubeta. Nota: Banda de plasmones de superficie de Au (λ ≈ 525 nm) debe ser fácil de observar. </li></ol></li><li> la manipulación magnética <ol><li> Coloque 3 ml de las muestras acuosas rojas / marrones de nanoestructuras magnéticas / plasmónica en cubetas de metacrilato. </li><li> Colocar un imán comercialmente adquirida (~ 100 Gauss) en la proximidad de la cubeta. Nota: En cuestión de minutos, todas las nanopartículas magnéticas / plasmónicas están &quot;conectados&quot; al lado cubeta metacrilato donde se colocó el imán. Solución se volvió incolora de marrón a lo que indica que las nanopartículas conservan sus propiedades magnéticas, incluso después de Au se depositó el Fe 2 </sub&gt; O 3 superficie. </li></ol></li><li> Plasma acoplado inductivamente espectrometría de masas (ICP-MS) análisis. 13 <ol><li> Utilice muestras acuosas de soluciones de nanopartículas en este análisis. </li><li> Recopilación purificó muestras de nanopartículas en ácido nítrico para transformarlos a una forma iónica antes de los experimentos de análisis de masa mediante la transferencia de todas las muestras en tubos con un volumen final de 10 ml de ácido nítrico 2%. Permita 30 minutos para la digestión se lleve a cabo. </li><li> Crear una curva de calibración con concentraciones conocidas de los analitos de interés (por ejemplo, Au, Fe). </li><li> muestras de espiga con una solución de patrón interno que contiene 10 ppb de Rh y A y analizan en el modo semi-cuantitativa de la ICP-MS de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Esta técnica implica el análisis de una serie de elementos múltiples NIST (10 ppb en 100 ppb y Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, y U). </li><li> Comparar las intensidades determinadas para la serie con el intensities para las otras muestras para dar concentraciones aproximadas para los elementos seleccionados. Para dar cuenta de las derivas de plasma y por instrumentos, todas las muestras deben tener un mínimo de concentración de 10 ppb para In que se añadió a todas las muestras. </li><li> Determinar la concentración elemental de los analitos de interés, para las soluciones preparadas siguiendo estos pasos: <ol><li> Llevar a cabo una muestra de validación de calibración inicial de la norma de múltiples elementos (10 ppb en 75 ppb y Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, y U). </li><li> Realizar en blanco de calibración inicial de agua desionizada. </li><li> Realizar análisis ICP-MS en dos muestras de interés. </li><li> Continuar la realización de la muestra de validación de calibración (10 ppb en 75 ppb y Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, y U) de la norma de múltiples elementos. </li><li> Continuar en blanco de calibración de agua desionizada. Nota: De acuerdo con las especificaciones del proveedor, las medidas de ICP-MS tienen una incertidumbre de 20%. nanomaterial trabajo de laboratorio se realizó bajo afcampana UME. PPE (bata de laboratorio, delantal, guantes de nitrilo MIL delgadas para contacto incidental, y gafas) y un protector facial se deben usar si la hoja campana está por encima de la altura del mentón. PPE mínima requerida cuando se trabaja con materiales a nanoescala; bata de laboratorio desechable, guantes de nitrilo MIL delgadas para las gafas de contacto y de seguridad con protección lateral incidentales será usado en el laboratorio al manipular los nanomateriales. los residuos teniendo nanomaterial no será sometida a la basura regular o por el desagüe. </li></ol></li></ol></li></ol> Experimento 3. Láser Calefacción <ol><li> Encienda la fuente de alimentación y el equilibrio láser. Nota: La longitud de onda del láser usado en este experimento (λ = 532 nm) se elige para que coincida con el pico de absorbancia LSPR lo más estrechamente posible. Sin embargo, los efectos fototérmica pueden ser inducidos usando cualquier longitud de onda que se solapa con la absorbancia de las nanopartículas. La eficacia de la calefacción es mayor cuando se ilumina en la resonancia. </li><li> Coloque las ventanas de equilibrio por lo que dO no obstruir el recorrido del láser o bloquear los termopares infrarrojos (IR). Los termopares IR son sondas de temperatura sin contacto y deben tener una línea de visión clara para la medición de la superficie. La figura 1 muestra un esquema del dispositivo experimental. </li><li> Retire las cubiertas protectoras de los termopares IR. </li><li> Abra el programa de software de recolección de datos y de gestión, nombrando a la medida, &quot;calentamiento&quot;. El programa de software personalizado recoge los valores de balance y resistencia termopar como una función de tiempo, y cuando se ejecuta el programa registra estos valores en un archivo de datos. </li><li> Ejecutar la medición de al menos 20 min para permitir que el sistema se caliente. </li><li> Mientras que el sistema se está calentando, preparar la muestra pipeteando la cantidad apropiada (3 ml) de la solución deseada en una cubeta de metacrilato. Las cantidades utilizadas aquí son 3 ml de solución para cubetas estándar, y 1 ml de cubetas semi-micro. </li><li> Ajustar la potencia del láser para el adoquín más bajoING que produce un haz apenas visible, que es 1,5 A para el sistema láser utilizado aquí. Asegúrese de que el punto de haz láser no está obstruido y se mantiene en el punto focal del termopar IR. </li><li> Coloque la muestra en el brazo equilibrio tal que el lado de la cubeta es perpendicular al haz de medición IR de la termopar y el punto del haz de láser golpea el centro de la solución. </li><li> Reducir la potencia del láser hasta que el rayo ya no es visible, pero no apague la fuente de alimentación. </li><li> Después de 20 minutos, el calentamiento es completa. Detener el programa de medición y salir del software. </li><li> Vuelva a poner a cero la balanza. Abra el programa de software de recogida de datos, haga clic en Ejecutar, y luego crear un nombre para el archivo de datos. El experimento se ejecutará después de nombrar el archivo y hacer clic en &quot;Guardar&quot;. La rutina experimental exacto dependerá de la información deseada, pero se proporciona una rutina de modelo aquí. <ol><li> Iniciar la recogida de datos. Después de 120 segundos, subir el lpoder aser al ajuste deseado (1,2 W para estos experimentos, que cuando se ha centrado en un ~ 20 micras punto se corresponde con ~ 3,8 × 10 5 W / cm2). Recopilar datos para otros 1.000 seg, y luego ajustar la potencia del láser para el ajuste mínimo y apague el suministro de energía láser. Seguir recopilando datos para otros 1.000 seg antes de detener la medición. </li></ol></li><li> Después de la rutina experimental es completa, la salida fuera del programa, a su vez todo lo que fuera, y volver a la cubierta todo el equipo. Guarde los datos experimentales en un formato ASCII y además procesar y analizar el uso de software adicional. </li></ol>

<ol>
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T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+as+a+molecular+local+thermal+probe+for+the+analysis+of+magnetic+hyperthermia.">DNA as a molecular local thermal probe for the analysis of magnetic hyperthermia.</a> Angew. Chem. 125 (44), 11740-11743 (2013).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

El uso de nanopartículas de oro ópticamente sintonizables para los estudios de hipertermia es una opción atractiva, ya que saca provecho de la calefacción plasmónica de nanopartículas de oro afinados para absorber la luz fuertemente en la región VIS-NIR. Los estudios de calefacción plasmónicas aquí descritos se examinaron mediante el uso de preparados en el laboratorio y disponibles comercialmente de hierro nanomateriales híbridos-óxido de oro. Uno de los métodos más ampliamente utilizados para la fabricación de partículas de oro coloidal nanospherical implica la reducción del ácido cloroáurico (HAuCl4) al oro neutral Au (0) por agentes reductores, tales como citrato de sodio, borohidruro de sodio, etc. 15,16 La síntesis de las nanopartículas de oro en nanopartículas de óxido de hierro es sencillo. Uno podría fácilmente controlar el tamaño Au metal, forma y carga, cambiando los parámetros experimentales, por ejemplo, concentraciones de reactivos, agentes reductores, agentes tensioactivos, etc. 17 Este enfoque produce un buen control sobre Au nanoparticldimensiones e y carga uniforme sobre nanopartículas de Fe 2 O 3. Otros metales nobles también se pueden preparar por este procedimiento, incluyendo Ag, Pt, y Pd. 18 Una ventaja de este procedimiento es que el procedimiento de reacción puede hacerse en el aire o el agua, y, en principio, es susceptible de aumento de escala. El uso de nanomateriales comerciales y / o procedimientos químicos escalables húmedo es ideal para aplicaciones de tratamiento a gran escala o aplicaciones biológicas debido a que estos materiales son fácilmente disponibles y más económico que los materiales y procedimientos de síntesis personalizada. modificaciones de la superficie de estas nanoestructuras metálicas son también de interés en la comunidad científica. Un número de orgánicos (tensioactivos, tioles bifuncionales, polímeros, aminoácidos, proteínas, ADN) y materiales inorgánicos (sílice, otros metales, óxidos metálicos, etc.) 19 se pueden cargar más o funcionalizado sobre estas superficies para crear materiales nanocompuestos con diversos diseños, geometrías,composiciones y capacidades multifuncionales, por abordaje biológico, la administración de fármacos, detección, tratamiento de imágenes, aplicaciones medioambientales, etc. Además, la técnica fototérmica descrito aquí es muy adecuado para caracterizar las propiedades plasmónica de diferentes materiales, como temperatura de la masa y mediciones de masa son relativamente fáciles de llevar a cabo usando un equipo fácilmente disponible. La facilidad de preparación de la muestra y la medición es una clara ventaja sobre otras técnicas / aplicaciones plasmónicas. Por ejemplo, técnicas tales como espectroscopia de Raman de superficie mayor y LSPR de detección son muy sensibles a la preparación de tanto el sustrato como el objetivo, 20,21 lo que hace que la repetibilidad y la comparación entre muestras más difíciles. Una posible desventaja de las mediciones fototérmica descritas anteriormente es que la temperatura se mide en la escala mayor y no en la superficie de la nanopartícula en el que se transduce el calor. Hay termometría técnicas que pueden proporcionar esta información de la temperatura local, 22-24 pero eso requiere de preparación de muestras más complicado, haciéndolos más difícil de implementar. Finalmente, las mediciones descritas aquí fácilmente podrían combinarse con otras técnicas (por ejemplo, degradación fotocatalítica) 9 para evaluar los efectos fototérmicos en diferentes procesos. En resumen, hemos descrito la síntesis de híbridos Fe 2 O 3 -Au nanopartículas de soluciones y su caracterización fototérmica. Incluso con una concentración 20 × menor de Au, estos Fe 2 O 3 -au nanopartículas son capaces de photothermally soluciones acuosas de calor tan eficientemente como AuNPs, lo que demuestra las ventajas de los materiales híbridos. Además, las estructuras híbridas retienen las propiedades de ambos materiales, creando una estructura de múltiples funciones con propiedades magnéticas y plasmónicas. Tales estructuras son interesantes para aplicaciones biomédicas,8 pero muchos usos adicionales pueden ser previstos.

A partir de su uso en vidrio dicroico antiguo, 1 nanopartículas de oro (AuNPs) a menudo han contribuido al desarrollo de nuevas tecnologías. 2,3 Ejemplos más modernos de estas tecnologías incluyen dispositivos de camuflaje y partículas que pueden tanto detectar y tratar el cáncer de 4,5. AuNPs tienen muchas propiedades notables, pero el más notable de ellos es la presencia de resonancias de plasmones de superficie localizados (LSPRs), que se producen cuando las unidades resonante incidente de radiación electromagnética libre de electrones en oscilaciones colectivas, creación de campos electromagnéticos intensos y muy reducidos. 6 Un aspecto intrigante de LSPRs es que son sintonizable. Es decir, la energía de resonancia se puede ajustar mediante la modificación de la forma y tamaño de las AuNPs o cambiando el índice de refracción del medio ambiente. Otra característica de AuNPs, y oro en general, es que son relativamente caros. Si bien esto puede hacer de oro más atractivo de unapunto de vista de lujo, para aplicaciones tecnológicas, esto es un inconveniente y puede ser un obstáculo para uso general. Dos posibles soluciones para este problema están en busca de materiales alternativos menos costosos que exhiben propiedades similares como el oro, o encontrar una manera de combinar oro con otro material para crear un material compuesto con propiedades similares pero menores cantidades del metal precioso. La última solución es quizás más interesante, ya que permite la posibilidad de crear una nanoestructura híbrida de múltiples funciones con las propiedades fisicoquímicas de dos o más materiales. 7 El óxido de hierro (III), Fe 2 O 3, es un excelente candidato para un componente de una mezcla de este tipo, ya que está ampliamente disponible, barato y no tóxico. Además, la fase de maghemita, γ-Fe 2 O 3, es ferrimagnético, y la fase de hematita, α-Fe 2 O 3, es débilmente ferromagnético. Por lo tanto, la combinación dede oro con Fe 2 O 3, potencialmente podría producir nanopartículas que exhiben propiedades plasmónica y también interactúan con los campos magnéticos externos, sin embargo, son mucho menos caro que el oro puro. Tal nanoestructura híbrida podría encontrar aplicaciones interesantes en el mundo real. Por ejemplo, las nanopartículas de Fe 2 O 3 -au han demostrado ser útiles tanto para el diagnóstico y tratamiento del cáncer a través de imágenes de resonancia magnética y la terapia fototérmica. 8 En este caso, Fe 2 O 3 funciona como un agente de contraste de MRI, mientras que la porción Au convierte localmente incidente luz en calor a través de la disipación de la energía electromagnética absorbida durante LSPR. Además, Fe 2 O 3 -aU nanopartículas han demostrado mejora plasmónica de la conversión catalítica de CO en CO2 bajo iluminación de luz visible, y tales estructuras podrían también ser utilizado para fototérmica conversión de energía solar. 9,10 This informe describe la síntesis de Fe 2 O 3 -aU nanopartículas mediante un sencillo método químico húmedo. La estructura híbrida consiste en una Fe 2 O 3 del núcleo que está decorado con AuNPs más pequeños. Es importante destacar que, el Fe 2 O 3 obtenidos -au nanopartículas conservan las propiedades magnéticas y plasmónica de los materiales constituyentes, lo que crea una partícula multifuncional que podría ser útil para una variedad de aplicaciones. Con el fin de ilustrar las aplicaciones plasmónica de estas nanopartículas híbridas, también se describe la caracterización fototérmica de las nanopartículas usando un sistema de calentamiento por láser. Las mediciones fototérmicos demuestran que el híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas son capaces de calentar soluciones acuosas tan eficientemente como AuNPs puros, incluso con una concentración significativamente menor de metal noble. Estos resultados validan el método de uso de materiales compuestos o híbridos para reducir los costos y lograr una mayor functionality.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="614">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gold(III) chloride trihydrate&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">520918&#160;</td>
			<td style="width:167px;">&#8805;99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Iron(III) oxide</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">544884</td>
			<td style="width:167px;">nanopowder, &#60;50&#160;nm particle size (BET)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium citrate tribasic dihydrate</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S4641</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.0%&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SEM</td>
			<td style="width:112px;">Hitachi&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S8200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TEM</td>
			<td style="width:112px;">Hitachi&#160;</td>
			<td style="width:119px;">H95000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EDX</td>
			<td style="width:112px;">Oxford Instruments&#160;</td>
			<td style="width:119px;">SDD - X-Max</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DLS</td>
			<td style="width:112px;">Brookhaven Instruments</td>
			<td style="width:119px;">NanoBrook Omni</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ICP-MS</td>
			<td style="width:112px;">Agilent&#160;</td>
			<td style="width:119px;">7500s</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">UV-Vis-NIR spectrometer</td>
			<td style="width:112px;">Tec5 MultiSpec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Laser, &#955; = 532 nm&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Del Mar Photonics</td>
			<td style="width:119px;">DMPV-532-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microgram Balance</td>
			<td style="width:112px;">Mettler Toledo&#160;</td>
			<td style="width:119px;">XP205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Infrared Thermocouples</td>
			<td style="width:112px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">OS801-HT</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating

Uno de los métodos más ampliamente utilizados para la fabricación de partículas de oro coloidal nanospherical implica la reducción del ácido cloroáurico (HAuCl4) al oro neutral Au (0) por los agentes, tales como citrato de sodio o borohidruro de sodio reductor. La extensión de este método para decorar o nanopartículas de óxido de hierro similares con nanopartículas de oro para crear híbridos multifuncional Fe 2 O 3 -Au nanopartículas es sencillo. Este enfoque produce bastante buen control sobre las dimensiones de nanopartículas de Au y carga en Fe 2 O 3. Además, el tamaño Au metal, forma y carga fácilmente se pueden ajustar cambiando los parámetros experimentales (por ejemplo, concentraciones de reactivos, agentes reductores, agentes tensioactivos, etc.). Una ventaja de este procedimiento es que la reacción se puede realizar en aire o agua, y, en principio, es susceptible de aumento de escala. El uso de tales sintonizable ópticamente Fe 2 O 3 -au nanopartículas para hypertherestudios de MIA es una opción atractiva, ya que saca provecho de la calefacción plasmónica de nanopartículas de oro afinados para absorber la luz fuertemente en la región VIS-NIR. Además de sus efectos plasmónicas, nanoescala Au proporciona una superficie única para las químicas y catálisis interesantes. El material de Fe 2 O 3 proporciona funcionalidad adicional debido a su propiedad magnética. Por ejemplo, un campo magnético externo podría ser usado para recoger y reciclar el híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas después de un experimento catalítico, o alternativamente, el Fe magnético 2 O 3 se puede utilizar para estudios de hipertermia a través de la inducción de calor magnético. El experimento fototérmica se describe en este informe mide los cambios de temperatura y mayor pérdida de masa disolución de nanopartículas en función del tiempo usando termopares infrarrojos y un equilibrio, respectivamente. La facilidad de preparación de la muestra y el uso de equipos fácilmente disponibles son distintas ventajas de esta técnica. Una advertencia es THen estas mediciones fototérmicos evaluar la temperatura de la solución a granel y no la superficie de la nanopartícula en el que se transduce el calor y la temperatura es probable que sea mayor.

Composición del material es una consideración importante para los materiales híbridos. Energía análisis por dispersión de rayos X (EDX) y plasma acoplado inductivamente espectrometría de masas (ICP-MS) pueden proporcionar esta información. El análisis EDX proporciona datos semicuantitativos (Figura 2), mientras que ICP-MS proporciona información precisa y cuantitativa con respecto a los elementos de interés. Se ha encontrado que el híbrido Fe 2 O 3 -aU nanopartículas tienen concentraciones de Fe y Au de ρFe = 150 ppb y 49 ppb = ρAu. En comparación, nanopartículas de oro puro, que se utilizan como un control para la calefacción fototérmica, tienen mucho más altas concentraciones de Au ρAu = 1.100 ppb. El análisis SEM revela la morfología de las Fe 2 O 3 -Au nanopartículas (Figura 3), que muestra agregados de partículas redondeadas, irregulares que aparecen funcionalizado con más pequeño, brillante,y redondeado nanopartículas. Las nanopartículas más grandes se identifican como Fe 2 O 3, mientras que las más brillantes, las nanopartículas más pequeñas se identifican como Au. Este tipo de morfología se refiere a menudo como &quot;nanopartículas&quot; decorados. 14 En este caso, la superficie de la partícula de soporte, Fe 2 O 3, está adornada con nanopartículas de oro aisladas más pequeñas,. El análisis estadístico de las nanopartículas revela que Fe 2 O 3 nanopartículas tienen un diámetro medio de d = 40 ± 10 nm. Las nanopartículas de oro de funcionalización tienen una gama más amplia de tamaños, con d = 20 ± 20 nm. Dispersión Dinámica de Luz (DLS) mediciones puede cuantificar el comportamiento de agregación, y se encontró que el híbrido Fe 2 O 3 -aU nanopartículas tienen un radio hidrodinámico promedio de dh = 243 nm con contenedores de población en la DH = 61 nm (13%) y dh = 310 nm (87%). Adicionalmente, se encontró que el potencial zeta de -16 mV = Æ, lo que podría ayudar a limitar lacomportamiento de agregación. El espectro UV-VIS-NIR del híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas se muestra en la Figura 4A. Un pico de absorbancia distinta se observa en la longitud de onda λ ≈ 520 nm, y se atribuye a la modalidad LSPR de las nanopartículas de oro de funcionalización de la Fe 2 O 3. La longitud de onda de la LSPR es consistente con valores de la literatura para AuNPs con morfologías similares. 11,12 El comportamiento plasmónica de las estructuras híbridas es debido a la formación de los AuNP Fe 2 O 3 soportes. Esto se puede observar directamente por espectroscopia UV-vis in-situ. La Figura 4B muestra la absorbancia UV-vis espectros de la solución de reactivo en varios momentos durante la reacción. Inicialmente, hay una ligera absorción de luz visible atribuido a las Fe 2 O 3 nanopartículas dispersas en la solución. A medida que avanza la reacción, la abso<html> rbance aumenta, y en 1,5 min, un pico comienza a formar, que se define mejor como la reacción continúa. Este pico resultados de LSPR absorbancia y se corresponde con la formación de AuNPs y su deposición sobre la superficie de soporte Fe 2 O 3. El comportamiento magnético de las nanopartículas de Fe 2 O 3 -au se observa fácilmente a través de la manipulación con un campo magnético externo. Inicialmente, la solución de Fe 2 O 3 -Au tiene un color parduzco (Figura 5B). Sin embargo, después de colocar la solución en un campo magnético externo, la solución se vuelve gradualmente claro durante varios minutos como la totalidad de las nanopartículas híbridas magnéticas es recogido por el campo (Figura 5C). La colección magnético es reversible, y las nanopartículas multifuncionales puede ser re-dispersa por agitación de la solución, como se muestra en las Figuras 5D y 5E. 1 &quot;&gt; mediciones de calefacción fototérmica se muestran en la Figura 6A, que representa gráficamente el cambio de temperatura mayor en la solución irradiada,? T, como una función del tiempo para el híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas, AuNPs, y agua desionizada pura (DI H 2 O). La Fe 2 O 3 -aU y nanopartículas de oro exhiben un perfil de temperatura casi idéntica, con temperaturas cada vez mayor en más de 40 ° C. Claramente, las absorbancias plasmónicas de ambos tipos de nanopartículas son capaces de transducir la luz en calor de manera muy eficiente, pero las Fe 2 O 3 -Au lo hacen con una concentración considerablemente inferior de Au, como se discutió anteriormente. por otra parte, la DI H 2 O experimento muestra ningún cambio en la temperatura, lo que demuestra que el aumento de temperatura en las soluciones de nanopartículas es el único debido a la disipación de la energía electromagnética absorbida en las nanopartículas.? T en la Figura 6A describe el cambio mayor temperature, y las temperaturas en la región irradiada y cerca de las superficies de las nanopartículas pueden ser mucho mayores. 13 El cambio en la masa de la solución, Delta M, que surge de la generación de vapor es uno de los indicadores de estas temperaturas más altas. La Figura 6B representa gráficamente Delta M frente al tiempo para el híbrido Fe 2 O 3 nanopartículas -aU y de H2O DI Delta M para la solución de nanopartículas es mucho mayor que la velocidad de evaporación de fondo, lo que indica las temperaturas de superficie suficientemente altas para generar vapor a una velocidad significativa. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> Figura 1. Esquema de la configuración de calentamiento por láser. Una cubeta se coloca en una escala de microgramos y iluminado por un haz de láser desde arriba. Dos IR termopares miden la temperatura de la cubeta y ambiente, respectivamente. Todas las mediciones se sincronizan y se registran los datos en un collectisobre el programa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> Figura 2. Representante espectro EDX del híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas. El eje de abscisas corresponde con la energía y el eje de ordenadas corresponde con el número de cuentas. Los picos se han etiquetado con el elemento correspondiente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> Figura 3. Imagen de SEM del híbrido Fe 2 O 3 -aU nanopartículas. El larg<html> er, las regiones más oscuras son Fe 2 O 3 partículas, que están decoradas con pequeños brillantes nanopartículas de oro. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> Figura 4. Las propiedades ópticas. (A) UV-vis espectro de absorbancia del híbrido Fe 2 O 3 -Au nanopartículas, que muestran la amplia absorción de luz visible de Fe 2 O 3 y el pico plasmónica atribuido a las nanopartículas de oro cerca de 530 nm. (B) La absorbancia UV-vis espectros de la solución de reactivo en varios momentos durante la reacción, mostrando la absorbancia LSPR derivada de formación AuNP en la solución y en las Fe 2 O 3 nanopartículas..com / archivos / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> Figura 5. Propiedades magnéticas Fotografías de Au-Fe 2 O 3. Nanopartículas; (A) dispersos en solución acuosa; (B) la manipulación magnética (tiempo = 0 seg); (C) la manipulación magnética (tiempo = 2 min); (D) imán retirado; (E) Au-Fe 2 O 3 nanopartículas siguientes manipulación magnética, mostrando que puedan ser fácilmente re-dispersados ​​en la solución acuosa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; Figura 6. experimentos fototérmica. Gráficas que muestran el cambio (A) en la temperatura de la solución,? T, y la pérdida de masa (B), Delta M, como funciones del tiempo. Bajo iluminación láser, las nanopartículas (negro y rojo curva) generan DT considerable y los valores Delta M que son significativamente más grandes que las que se producen por DI pura H2O en condiciones idénticas (curva azul). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura .</a>

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Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Multifuncional híbrido Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanopartículas para la calefacción eficiente plasmónicas

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

13.6K vistas.  Savannah River National Laboratory. We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

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Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Trampas ópticas de las nanopartículas

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Investigación

Ingeniería

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Diseño, Fabricación y Caracterización Experimental de Plasmónicos Emisores terahercios fotoconductoras

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

Analizando el movimiento de la Nauplio &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Por Optical Tracking de plasmónicas nanopartículas

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

La tomografía de rayos X de energía dispersiva de 3D Mapping elemental de nanopartículas individuales

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

La medición de la dispersión no linealidades de una nanopartícula Individual plasmónicas

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmónica la captura y liberación de nanopartículas en un entorno de monitorización

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

Dopaje de cationes monovalentes de CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Para células solares eficientes perovskita

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Localización del defecto subsuperficial mediante calentamiento estructurado mediante termografía fototérmica proyectada con láser

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

Nucleación controlable de la cavitación de la plasmónica nanopartículas de oro para aumentar la intensidad alta enfocada ultrasonido aplicaciones

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...