התמיכה הכספית של עבודה זו סופק על ידי משרד האנרגיה DOE- מעבדה בימוי מחקר ופיתוח (LDRD) תוכנית יוזמה אסטרטגית. אנו מודים למר הנרי הפעלות, ומר צ&#39;ארלס שיק למתן הזמן והניסיון שלהם כדי לסייע לנו עם הניסויים שלנו.

1. פרוטוקול סינתזת ננו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן פתרון מניות של Fe 2 O 3 של 25 מ&quot;מ. הערה: כל פתרונות מניות מוכנות באמצעות מים ללא יונים אלא אם נאמר אחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קחו בקבוק חרוטי 25 מ&quot;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 10 מ&quot;ל deionized (DI) מים ומערבבים בר, ומניחים אותו על בלוק חימום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת 100 μl של Fe 2 O 3 פתרון המניות (25 מ&quot;מ) כדי הבקבוק הזה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם את הפתרון תוך ערבוב כ -5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 10 מ&quot;ל נתרן ציטרט 1% על ידי המסת 0.1 גרם של נתרן ציטרט ל 10 מ&quot;ל מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 1 מ&quot;ל של הפתרון נתרן ציטרט 1% אל הבקבוק 25 מ&quot;ל המכיל את בתמיסה מימית Fe 2 O 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תביא הפתרון לרתיחה (100 מעלות צלזיוס). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 250 μl של חומצה 0.01 M chloroauric. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך חימום הפתרון ב 100 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. לאחר מספר דקות (2-3 דקות), הפתרון הופך אינדיקה אדום / חוםטינג כי חלקיקי Au שיופקו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הפתרון מגוש החימום ולאפשר לו להתקרר ב RT (כ -20 ° C) (1-2 שעות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את הדגימות על ידי צנטריפוגה במשך 7 דקות ב 4,700 גרם ×. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את supernatant מן דגימות centrifuged. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Re-לפזר את חלקיקי centrifuged במים DI, עד 10 מ&quot;ל. </li></ol> 2. אפיון חלקיקים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפיון SEM / EDX: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 1-2 μl של חלקיקים centrifuged על רשת נחושת ולאפשר לו להתייבש במשך שעה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מדגם במיכל נקי ולקחת אותו אל SEM / EDX לאפיון. 11,12 </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפיון UV-Vis: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את UV-Vis ולאפשר לו להתחמם במשך 10-15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט ספקטרום מים די התייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום 1 מיליליטר של התמיסה המימית של ננו-החלקיקים בתוך קובט methacrylateולהקליט את UV-Vis הספקטרום מעל λ אורכי גל = 300 - 1,000 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הימנע הרוויה של האות על ידי שמירה על ספיגת מקסימלית פחותה מ ~ 1.2. אם את הספיגה ביותר שנמדד גדול, להפחית את גובה השיא על ידי דילול המדגם או באמצעות קובט אורך דרך קצרה. הערה: להקת plasmon Surface של Au (λ ≈ 525 ננומטר) יש לשים לב בקלות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניפולציה מגנטית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח 3 מיליליטר של דגימות האדומות / חום מהימית של ננו המגנטי / plasmonic ב cuvettes methacrylate. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מגנט לרכוש מסחרי (~ 100 גאוס) בקרבת מקומו של קובט. הערה: בתוך דקות, כל החלקיקים המגנטיים / plasmonic הם &quot;מחוברים&quot; אל צד קובט methacrylate שם הונחו המגנט. פתרון החליף חום צבע המציין כי החלקיקים שומרים על תכונותיהם המגנטיות שלהם גם לאחר Au הופקד על Fe 2 </sub&gt; O 3 משטח. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצמידים אינדוקטיבי פלזמה ספקטרומטריית מסה (ICP-MS) ניתוח. 13 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בדגימות מימיות של פתרונות ננו-חלקיקים בניתוח זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקציר מטוהר דגימות nanoparticle חומצה חנקתית להפוך אותם לטופס יוני לפני ניסויי ניתוח מסה על ידי העברה כל דגימות צינורות עם נפח הסופי של 10 מיליליטר של 2% חומצה חנקתית. אפשר 30 דקות לעיכול להתקיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור עקומת כיול עם ריכוזים ידועים של analytes של עניין (למשל, Au, Fe). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות ספייק עם פתרון פנימי סטנדרטי המכיל 10 ppb Rh ו ב ולנתח במצב וכמותיות של ICP-MS פי הוראות היצרן. טכניקה זו כרוכה בניתוח תקן רב אלמנט עקיבות NIST (10 ppb פנימה 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ו- U). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השוואת העוצמות שנקבעו בתקן עם intensities עבור דוגמאות אחרות להניב ריכוזי המשוער לאלמנטים נבחרים. כדי להסביר את נסחפת פלזמה מכשיר, כל הדגימות צריך מינימום של ריכוז 10 ppb עבור באותו התווסף כל הדגימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קביעת ריכוז יסודות של analytes של אינטרסים עבור הפתרונים המוכנים ידי ביצוע השלבים הבאים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצעו מדגם אימות כיול לראשונה של התקן רב אלמנט (10 ppb ב ו -75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ו- U). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע ריק כיול ראשוני של מים ללא יונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע ניתוח ICP-MS על שני מדגם של עניין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך ביצוע מדגם אימות כיול (10 ppb ב ו -75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ו- U) של התקן רב אלמנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך כיול ריק של מים ללא יונים. הערה: על פי מפרטי ספק, את מידות ICP-MS יש ודאות של 20%. העבודה במעבדה nanomaterial בוצעה תחת afמכסה מנוע ume. PPE (חלוק מעבדה, סינר, כפפות ניטריל mil דקות למגע מקרי, ומשקפים) ואת מגן הפנים אמורה לשמש אם אבנט מכסה מנוע הוא מעל פני סנטר. מינימום PPE נדרש כאשר עובדים עם חומרים ננומטריים; חלוק מעבדה חד פעמי, כפפות ניטריל mil דקות משקפי קשר ובטיחות מקריים עם מגינים בצד תהיינה משוחקות במעבדה בעת טיפול ננו. פסולת נושאות nanomaterial לא תהיה להכניס אשפה רגילה או ירדו לטמיון. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. ניסוי חימום לייזר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את אספקת החשמל לייזר ואיזון. הערה: אורך גל לייזר השתמשו בניסוי הזה (λ = 532 ננומטר) נבחר כדי להתאים את שיא ספיגת LSPR ככל האפשר. עם זאת, השפעות photothermal יכולות להיגרם באורכי גל שונים שחופף את הספיגה של החלקיקים. יעילות החימום הוא רק יותר כאשר מואר על תהודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את חלונות איזון ולכן הם דo לא לחסום את נתיב לייזר או לחסום את צמדים אינפרא אדום (IR). צמדי IR הם בדיקות טמפרטורה ללא מגע, חייבים להיות קו ראייה ישיר אל מדידת שטח. איור 1 מציג סכמה של הגדרת ניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את כיסויי המגן מן צמדי IR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת איסוף נתונים ולהפעיל בהזכירה את המדידה, &quot;חימום&quot;. תכנית התוכנה המותאמת אישית אוספת את ערכי איזון התנגדות תרמי כפונקציה של זמן, וכאשר התכנית פועלת הם רושם ערכים אלה לתוך קובץ נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המדידה לפחות 20 דקות כדי לאפשר למערכת כדי להתחמם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר המערכת מתחממת, להכין את המדגם על ידי pipetting את הכמות המתאימה (3 מ&quot;ל) של הפתרון הרצוי לתוך קובט methacrylate. הסכומים כאן הם השתמשו 3 מ&quot;ל של תמיסת עבור cuvettes רגיל, 1 מ&quot;ל cuvettes למחצה מיקרו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את עוצמת הלייזר אל מרצפות הנמוך ביותרing שמייצר קרן גלוי בקושי, המהווה 1.5 עבור מערכת הלייזר משמש כאן. בדוק כדי לוודא כי מקום קרן הליזר אינו חסום ונשאר בנקודת המוקד של תרמי IR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם על הזרוע איזון כזה שהצד של קובט הוא בניצב הקורה המדידה IR של תרמי ואת המקום קרן הלייזר פוגעת במרכז הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנמיכים את כוח לייזר עד הקורה כבר אינו נראה לעין, אך לא לכבות את אספקת החשמל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 20 דקות החימום הושלם. לעצור את תוכנית המדידה יציאה של התוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Re-אפס האיזון. פתח את תוכנת איסוף נתונים, לחץ על הפעלה, ולאחר מכן ליצור שם עבור קובץ נתונים. הניסוי יפעל לאחר שיום את הקובץ ולחיצה על &quot;שמור&quot;. שגרת הניסיון מדויקת תלויה את המידע מבוקש, אך שגרת מודל מסופקת כאן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את איסוף הנתונים. אחרי 120 שניות, להפוך את laser הכוח ההגדרה הרצויה (1.2 W לניסויים אלה, אשר כאשר ממוקד לתוך ~ 20 מיקרומטר נקודה ונקודה כזו תואם עם ~ 3.8 × 10 5 W / 2 ס&quot;מ). איסוף נתונים עבור עוד 1,000 שניות, ולאחר מכן להתאים כוח לייזר להגדרה מינימום ולכבות אספקת החשמל לייזר. ממשיך לאסוף נתונים עבור עוד 1,000 שניות לפני הפסקת המדידה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שגרת ניסיוני תושלם, יציאה של התוכנית, לכבות כל נורה, מחדש כיסוי כל הציוד. שמור את נתוני הניסוי בפורמט ASCII ותהליך נוסף ולנתח שימוש בתוכנות נוספות. </li></ol>

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

החוקרים אין לי מה לחשוף.

השימוש בננו-חלקיקי זהב מתכונן אופטית ללימודי היפרתרמיה היא אופציה אטרקטיבית כפי שהוא מנצל חימום plasmonic של חלקיקי זהב מכוון לקלוט אור חזק באזור VIS-NIR. מחקרי חימום plasmonic המתואר כאן נבחנו באמצעות הכין מעבדה זמינה מסחרית ננו היברידית ברזל תחמוצת-זהב. אחת השיטות המקובלות ביותר לייצור חלקיקים nanospherical זהב colloidal כרוכה הפחתה של חומצה chloroauric (HAuCl 4) לזהב נייטרלי Au (0) על ידי סוכנים הפחתת, כגון נתרן ציטרט, borohydride נתרן, וכו &#39;15,16 הסינתזה של חלקיקי הזהב על חלקיקי תחמוצת ברזל היא פשוטה. אפשר בקלות לשלוט על גודל מתכת Au, צורה, וטעו ידי שינוי פרמטרים של ניסוי, למשל, ריכוזי מגיבים, סוכני הפחתה, פעילות שטח, וכו &#39;17 גישה זו מניב שליטה טובה על Au nanoparticlממדי דואר וטעינת ננו-חלקיקים אחידים על Fe 2 O 3. מתכות אצילות אחרות יכולות גם להיות מוכנה על ידי הליך זה, לרבות Ag, Pt, ו PD. 18 יתרון בולט של ההליך זה הוא כי נוהל התגובה יכול להיעשות אוויר או מים, וכן, באופן עקרוני, ניתן בגמלון. באמצעות ננו מסחרי ו / או נהלים כימיים מדרגים-רטובים הוא אידיאלי עבור יישומי טיפול בקנה המידה גדול או יישומים ביולוגיים כי חומרים אלה זמינים וחסכוניים יותר מאשר חומרים מסונתזים מותאם אישית ונהלים. שינויים משטח של ננו מתכתיים אלה הם גם עניין בקהילה המדעית. מספר אורגני (חומרים פעילי שטח, thiols bifunctional, פולימרים, חומצות אמינו, חלבונים, DNA) וחומרים אורגניים (סיליקה, מתכות אחרות, תחמוצות מתכת, וכו &#39;) 19 ניתן לטעון נוסף או פונקציונליות גבי משטחים אלה כדי ליצור חומרים nanocomposite עם שונים עיצובים, גיאומטריות,קומפוזיציות ויכולות רב תכליתיות עבור מיקוד ביולוגי, אספקת סמים, חישה, הדמיה, יישומים סביבתיים, וכו &#39; בנוסף, טכניקת photothermal המתואר כאן הוא מתאים היטב לאפיין את תכונות plasmonic של חומרים שונים, כמו טמפרטורה בתפזורת מדידות מסה קלות יחסית לביצוע באמצעות ציוד זמין. ההקלות של הכנת מדגם ומדידה הן יתרון מובהק על פני שיטות / יישומים plasmonic אחרים. לדוגמא, טכניקות כגון ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת שטח LSPR חישה רגישות מאוד בהכנה הוא המצע לבין היעד, 20,21 מה שהופך דירות והשוואה ברחבי דגימות מאתגרות יותר. חסרון אפשרי אחת מדידות photothermal שתוארו לעיל הוא כי טמפרטורה נמדדים על סולם בתפזורת ולא על פני שטח של ננו-החלקיקים שבם החום transduced. ישנם התרמומטריית טכניקות שיכול לספק מידע הטמפרטורה מקומית זו, 22-24 אבל אלה דורשים הכנת מדגם מסובך יותר, מה שהופך אותם יותר מאתגר ליישם. לבסוף, את המידות המתוארות כאן יכול בקלות להיות משולב עם טכניקות אחרות (למשל, שפלת photocatalytic) 9 להעריך שפעות photothermal על תהליכים שונים. לסיכום, תארתי את הסינתזה של היברידי Fe 2 O 3 -Au חלקיקי פתרונות ואפיון photothermal שלהם. אפילו עם 20 × ריכוז קטן של Au, אלה Fe 2 O 3 חלקיקים -Au מסוגלים photothermally תמיסות מימיות חום בצורה יעילה ככל AuNPs, הממחיש את היתרונות של חומרים היברידיים. יתר על כן, המבנים ההיברידיים לשמר את המאפיינים של שני החומרים, יצירת מבנה רבה תכליתית עם תכונות מגנטיות plasmonic. מבנים כאלה הם מעניינים עבור יישומים ביו,יכול להיות שחזה 8 אבל יש שימושים רבים נוספים.

החל השימוש בהם זכוכית dichroic העתיקה, 1 חלקיקי זהב (AuNPs) לעתים קרובות תרמו את הפיתוח של טכנולוגיות חדשות. 2,3 דוגמאות מודרניות יותר של טכנולוגיות אלה כוללים התקני וחלקיקים הסוואה ששני יכול לזהות ולטפל בסרטן. 4,5 יש AuNPs רבים מאפיינים מדהימים, אבל הבולט ביותר בקרב אלה הוא נוכחותם של תהודות plasmon המשטח מקומיים (LSPRs), אשר מתרחשים אלקטרונים כאשר האירוע אלקטרומגנטית קרינה עמוקה ומהדהד כוננים חופשיים לתוך תנודות קולקטיביות, יצירת שדות אינטנסיביים מאוד מוגבלים אלקטרומגנטית. 6 היבט מסקרן של LSPRs הוא שהם מתכוננים. כלומר, האנרגיה תהודה יכול להיות מותאם על ידי שינוי הצורה והגודל של AuNPs או על ידי שינוי מקדם השבירה של הסביבה הסביבה. מאפיין אחר של AuNPs, וזהב בכלל, הוא כי הם יחסית יקרים. אמנם זה אולי להפוך זהב אטרקטיבי יותר ממבחינת יוקרה, עבור יישומים טכנולוגיים, זהו חסרון ויכולה להיות מכשול לשימוש כללי. שני פתרונות אפשריים לבעיה זו מחפשים חומרים חלופיים פחות יקרים כי תערוכת תכונות דומות לאלו של זהב, או למצוא דרך לשלב זהב עם חומר אחר כדי ליצור חומר מרוכב עם תכונות דומות אבל כמויות קטנות יותר של המתכת יקרה. הפתרון האחרון הוא אולי יותר מעניין שכן הוא מאפשר את האפשרות של יצירת ננו-מבנה היברידי רב תכליתי עם מאפייני physicochemical של שתיים או יותר חומרים. 7 ברזל (III) אוקסיד, Fe 2 O 3, היא מועמדת מצוינת עבור רכיב אחד של תערובת כזאת כי זה זמין נרחב, זול, ולא רעיל. יתר על כן, בשלב מגהמיט, γ-Fe 2 O 3, הוא ferrimagnetic, ואת השלב המטיט, α-Fe 2 O 3, הוא חלש פרומגנטי. לכן, שילוב שלזהב עם Fe 2 O 3 פוטנציאלי יכול להניב חלקיקים כי תערוכת תכונות plasmonic וגם אינטראקציה עם שדות מגנטיים חיצוניים, עדיין באופן משמעותי פחות יקר מאשר זהב טהור. כזה ננו-מבנה היברידי יכול למצוא יישומים בעולם האמיתי מעניין. לדוגמה, Fe 2 O 3 חלקיקים -Au הוכיחו שימושי הן לאבחון סרטן ולטיפול דרך תהודה מגנטית וטיפול photothermal. 8 במקרה זה, Fe 2 O 3 פונקציות כסוכן ניגוד MRI, ואילו החלק Au מקומית ממירה האירוע אור לחום באמצעות פיזור של אנרגיה אלקטרומגנטית נספג במהלך LSPR. בנוסף, Fe 2 O 3 חלקיקים -Au הוכיחו שיפור plasmonic ההמרה קטליטי של CO ל- CO 2 תחת תאורה האור הנראה, ומבנים כזה גם יוכל לשמש עבור המרת אנרגיית השמש photothermal. 9,10 תידו&quot;ח של מתאר את הסינתזה של Fe 2 O 3 -Au חלקיקים בשיטה כימית רטובה פשוטה. המבנה ההיברידי מורכב גרעין Fe 2 O 3 מעוטר AuNPs הקטן. חשוב לציין כי השיג Fe 2 O 3 -Au חלקיקים לשמור הן תכונות מגנטיות plasmonic של החומרים המרכיבים אותה, היוצרת חלקיקים רב תכליתיים כי יכול להיות שימושי עבור מגוון רחב של יישומים. על מנת להמחיש את יישומי plasmonic של חלקיקים ההיברידיים אלה, אפיון photothermal של החלקיקים באמצעות מערכת חימום ליזר מתואר גם. מדידות photothermal להוכיח כי ההיברידי Fe 2 O 3 חלקיקי -Au מסוגלים לחמם תמיסות מימיות בצורה יעילה ככל AuNPs הטהור, אפילו עם ריכוז קטן יותר באופן משמעותי של המתכת אצילה. תוצאות אלו לאמת את השיטה של ​​שימוש בחומרים מרוכבים או ההיברידי לצמצם בעלויות ולהשיג functionalit יותרy.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Gold(III) chloride trihydrate&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>520918&amp;nbsp;</td><td>&amp;ge;99.9% trace metals basis</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Iron(III) oxide&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>544884</td><td>nanopowder, &amp;lt;50&amp;nbsp;nm particle size (BET)</td></tr><tr><td>Sodium citrate tribasic dihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4641</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.0%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>S8200</td><td></td></tr><tr><td>TEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>H95000</td><td></td></tr><tr><td>EDX</td><td>Oxford Instruments&amp;nbsp;</td><td>SDD - X-Max</td><td></td></tr><tr><td>DLS</td><td>Brookhaven Instruments</td><td>NanoBrook Omni</td><td></td></tr><tr><td>ICP-MS</td><td>Agilent&amp;nbsp;</td><td>7500s</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis-NIR spectrometer</td><td>Tec5 MultiSpec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser, &amp;lambda; = 532 nm&amp;nbsp;</td><td>Del Mar Photonics</td><td>DMPV-532-1</td><td></td></tr><tr><td>Microgram Balance</td><td>Mettler Toledo&amp;nbsp;</td><td>XP205</td><td></td></tr><tr><td>Infrared Thermocouples</td><td>Omega Engineering</td><td>OS801-HT</td><td></td></tr></tbody></table>

multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating

אחת השיטות המקובלות ביותר לייצור חלקיקים nanospherical זהב colloidal כרוכה הפחתה של חומצה chloroauric (HAuCl 4) לזהב נייטרלי Au (0) על ידי צמצום סוכנים, כגון נתרן ציטרט או borohydride נתרן. ההארכה בשיטה זו כדי לקשט תחמוצת ברזל או חלקיקים דומים עם חלקיקי זהב כדי ליצור כלאיים רב תכליתיים Fe 2 O 3 -Au חלקיקים הם פשוטים. גישה זו מניבה שליטה טובה למדי על ממדי nanoparticle Au וטעה על Fe 2 O 3. בנוסף, בגודל מתכת Au, צורה, והטעינה יכולים בקלות להיות מכוונים על ידי שינוי פרמטרים של ניסוי (למשל, ריכוזי מגיב, סוכני הפחתה, פעיל שטח, וכו &#39;). היתרון של שיטה זו הוא בכך התגובה יכולה להיעשות אוויר או מים, וכן, באופן עקרוני, ניתנת בגמלון. השימוש מתכונן אופטי כגון חלקיקי Fe 2 O 3 -Au עבור hypertherמיה המחקרים היא אופציה אטרקטיבית כפי שהוא מנצל חימום plasmonic של חלקיקי זהב מכוון לקלוט אור חזק באזור VIS-NIR. בנוסף להשפעות plasmonic שלה, ננו Au מספק משטח ייחודי עבור כימיות וקטליזה מעניינים. חומר Fe 2 O 3 מספק פונקציונלי נוסף בגלל תכונה המגנטית שלו. לדוגמה, שדה מגנטי חיצוני יכול לשמש כדי לאסוף ולמחזר היברידית Fe 2 O 3 -Au חלקיקים לאחר ניסוי קטליטי, או לחילופין, ניתן להשתמש מגנטי Fe 2 O 3 ללימודי היפרתרמיה באמצעות אינדוקציה מגנטית. ניסוי photothermal המתוארים בדוח זה מודד שינוי טמפרטורה בתפזורת ואובדן מסת פתרון nanoparticle כפונקציה של הזמן באמצעות צמדים אינפרא אדום איזון, בהתאמה. ההקלות של הכנת מדגם השימוש בציוד זמין יתרונות ברורים של טכניקה זו. הערת אזהרה היא הב מדידות photothermal אלה להעריך את הטמפרטורה פתרון בתפזורת ולא את פני השטח של ננו-חלקיקים שבהם החום transduced והטמפרטורה עשויה להיות גבוהה יותר.

הרכב חומר הוא שיקול חשוב עבור חומרים היברידיים. ניתוח נפיץ רנטגן אנרגיה (EDX) ו אינדוקטיבי ספקטרומטריית מסת הפלזמה המצמידה (ICP-MS) יכולים לספק מידע זה. ניתוח EDX מספק נתונים וכמותיות (איור 2) תוך ICP-MS מספקת מידע מדוייק, מידע כמותי לגבי אלמנטים של עניין. הוא מצא כי החלקיקים ההיברידיים Fe 2 O 3 -Au יש פה ו- Au ריכוזי ρFe = 150 ppb ו ρAu = 49 ppb. לשם השוואה, חלקיקי Au טהורים, אשר משמשים כביקורת לחימום photothermal, יש הרבה ריכוזי Au גבוהים של ρAu = 1,100 ppb. ניתוח SEM חושף את המורפולוגיה של חלקיקי Fe 2 O 3 -Au (איור 3), מראה אגרגטים של חלקיקים מעוגלים, לא סדירים המופיעים פונקציונלי עם קטן, בהיר,מעוגל חלקיקים. החלקיקים הגדולים מזוהים Fe 2 O 3, ואילו הקטנים, החלקיקים בהירים מזוהים Au. סוג של מורפולוגיה זה הוא המכונה לעתים קרובות כמו חלקיקים &quot;מעוצבים&quot;. 14 במקרה זה, את פני השטח של החלקיקים מהשען, Fe 2 O 3, מעוטר קטן, חלקיקי Au מבודדים. ניתוח סטטיסטי של חלקיקים מגלה כי Fe 2 O 3 יש חלקיקים בקוטר ממוצע של d = 40 ± 10 ננומטר. חלקיקי Au functionalizing יש מגוון רחב יותר של גדלים, עם d = 20 ± 20 ננומטר. Dynamic Light פיזור (DLS) מדידות יכולות לכמת את התנהגות הצבירה, והוא נמצא כי היברידי Fe 2 O 3 חלקיקים -Au יש רדיוס הידרודינמית ממוצע של DH = 243 ננומטר עם פחי אוכלוסיית DH = 61 ננומטר (13%) ו DH = 310 ננומטר (87%). בנוסף, פוטנציאל זטה נמצא ζ = -16 mV, אשר עשוי לעזור כדי להגביל אתהתנהגות צבירה. ספקטרום UV-VIS-NIR של היברידי Fe 2 O 3 חלקיקי -Au מוצג באיור 4 א. פסגה ספיגה מובהקת הוא ציין ננומטר אורך גל λ ≈ 520, ומיוחס במצב LSPR של חלקיקי Au functionalizing הא&quot;ז 2 O 3. אורך הגל של LSPR עולה בקנה אחד עם ערכי ספרות עבור AuNPs עם מורפולוגיות דומות. 11,12 התנהגות plasmonic של מבנים ההיברידיים הם עקב היווצרות AuNP על תומך Fe 2 O 3. זה ניתן לצפות ישירות על ידי in-situ ספקטרוסקופיה UV-VIS. איור 4B מראה את UV-VIS ספיגת ספקטרום של הפתרון מגיב בזמנים שונים במהלך התגובה. בתחילה, יש כמה ספיגת האור הנראה קלה המיוחס החלקיקים Fe 2 O 3 התפזרו הפתרון. ככל שמתקדם התגובה, abso<html> עליות rbance, ו ב 1.5 דקות, שיא מתחילה להיווצר, אשר מוגדר על טוב כמו התגובה ממשיך. תוצאות השיא זה מן ספיגת LSPR ומתאימה עם הקמתה של AuNPs בתצהיר שלהם על פני שטח תמיכת Fe 2 O 3. התנהגות המגנטי של חלקיקים Fe 2 O 3 -Au הוא ציין בקלות באמצעות מניפולציה עם שדה מגנטי חיצוני. בתחילה, פתרון Fe 2 O 3 -Au יש צבע חום (איור 5). עם זאת, לאחר הצבת פתרון שדה המגנטי החיצוני, הפתרון בהדרגה הופך ברור על פני כמה דקות כמו המכלול של החלקיקים ההיברידיים המגנטיים נאסף על ידי השדה (איור 5 ג). האוסף המגנטי הוא הפיך, ואת החלקיקים הרבים התכליתיים ניתנים מחדש פוזרו על ידי התססת הפתרון, כפי שמוצג 5D דמויות 5E. 1 &quot;&gt; מדידות חימום photothermal מוצגות באיור 6A, אשר מגרש את השינוי בטמפרטורה בתפזורת בתמיסה מוקרנת, ΔT, כפונקציה של זמן עבור היברידית Fe 2 O 3 חלקיקי -Au, AuNPs, ומי deionized טהורים (DI H 2 O). הא&quot;ז 2 O 3 חלקיקי -Au ו- Au תערוכת פרופיל טמפרטורה כמעט זהה, עם טמפרטורות הגדלה ידי יותר מ -40 מעלות צלזיוס. אין ספק כי absorbances plasmonic של שני חלקיקי סוגים מסוגלים transduce אור לחום ביעילות רבה, אבל הא&quot;ז 2 O 3 -Au לעשות זאת עם ריכוז נמוך יותר באופן משמעותי של Au, כפי שפורט לעיל. מצד שני, הניסוי DI H 2 O מראה שום שינוי בטמפרטורה, אשר מוכיח כי עליית הטמפרטורה ב פתרונות nanoparticle היא אך ורק בשל הפיזור של אנרגיה אלקטרומגנטית שקוע החלקיקים. ΔT באיור 6A מתאר את השינוי בכמות הגדולה הטמפרטורהדואר, וטמפרטורות באזור המוקרן וליד משטחי ננו-החלקיק יכולים להיות גבוה בהרבה. 13 שינוי המסה של הפתרון, Δm, העולה מן דור קיטור הוא רק סימן אחד של טמפרטורות גבוהות אלה. איור 6 מגרשי Δm לעומת זמן עבור ההיברידי Fe 2 O 3 חלקיקים -Au ועבור DI H 2 O. Δm לפתרון ננו-חלקיקים גדול הרבה יותר משיעור אידוי רקע, המציין בטמפרטורות משטח גבוה מספיק כדי לייצר קיטור בשיעור ניכר. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> איור 1. סכמטי של ההתקנה חימום לייזר. קובט מושם בסולם מיקרוגרם ושטופי קרן לייזר מלמעלה. שני IR צמדים למדוד את הטמפרטורה של קובט הסביבה, בהתאמה. כל המדידות מסונכרנים ומחובר בתוך collecti נתוניםעל התוכנית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> נציג איור 2. ספקטרום EDX של היברידי Fe 2 O 3 חלקיקי -Au. ציר abscissa מתכתב עם האנרגיה ואת הציר לתאם מתאים למספר של ספירות. פיקס סומן בתווית עם האלמנט המקביל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> איור 3. תמונת SEM של היברידי Fe 2 O 3 -Au חלקיקים. Larg<html> אה, אזורים כהים הם Fe 2 O 3 חלקיקים, אשר מעוטרים עם חלקיקי Au הבהיר קטנה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> איור 4. תכונות אופטיות. (א) UV-VIS ספיגת ספקטרום של היברידית Fe 2 O 3 -Au חלקיקים, מראה את ספיגת האור הנראה רחב של Fe 2 O 3 ופסגת plasmonic המיוחס חלקיקים Au ליד 530 ננומטר. (ב) UV-VIS ספיגת ספקטרום של הפתרון מגיב בזמנים שונים במהלך התגובה, מראה את ספיגת LSPR הנובעים היווצרות AuNP בפתרון ועל חלקיקים Fe 2 O 3..com / קבצים / ftp_upload / 53,598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> איור 5. תכונות מגנטיות תצלומים של Au-Fe 2 O 3 חלקיקים.; (א) מפוזר בתמיסה מימית; (ב) מניפולציה מגנטית (זמן = 0 שניות); (C) מניפולציה מגנטית (זמן = 2 דקות); (ד) מגנט הוסר; (E) Au-Fe 2 O 3 חלקיקים הבאים מניפולציה מגנטית, מראה כי הם יכולים להיות מחדש פיזור בקלות בתמיסה מימית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; איור 6. ניסויי photothermal. מגרשים מראים את השינוי (א) בטמפרטורת פתרון, ΔT, ו- (ב) אובדן מסה, Δm, כפונקציה של הזמן. תחת תאורת ליזר, החלקיקים (שחור עקומות אדומות) ליצור ΔT למדי וערכי Δm שגודלם משמעותי מאלו המתרחשים עבור H DI הטהור 2 O בתנאים זהה (עקומה כחולה). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .</a>

Watch this Scientific Journal Video about Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating at JoVE.com

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.

Fe ההיברידי משולב<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; חלקיקי -Au עבור חימום יעיל Plasmonic

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 Views.  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.

Video: Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

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.

עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

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

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

Bioengineering

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Nanoclusters סינתזה של Immunotargeted מגנטתי plasmonic

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Chemistry

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

מאפייני electroactive פולימר החלקיקים מציגים photothermal

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

באתרו הסינתזה של זהב חלקיקים ללא צבירה במרחב Interlayer של סרטים שקופים Titanate Layered

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

הפקדת המשטרה על הננו-מפלסי על ידי משטח פלשני הריגוש

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Preparation of Silver-Palladium Alloyed Nanoparticles for Plasmonic Catalysis under Visible-Light Illumination

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular transformations. This opens possibilities for the use of visible or near-IR light as a sustainable input to drive and control reactions when plasmonic nanoparticles supporting LSPR excitation in these ranges are employed as catalysts. Unfortunately, this is not the case for several catalytic metals such as palladium (Pd). One strategy to overcome this limitation is to employ bimetallic NPs containing plasmonic and catalytic metals. In this case, the LSPR excitation in the plasmonic metal can contribute to accelerate and control transformations driven by the catalytic component. The method reported herein focuses on the synthesis of bimetallic silver-palladium (Ag-Pd) NPs supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2) that acts as a plasmonic-catalytic system. The NPs were prepared by co-impregnation of corresponding metal precursors on the ZrO2 support followed by simultaneous reduction leading to the formation of bimetallic NPs directly on the ZrO2 support. The Ag-Pd/ZrO2 NPs were then used as plasmonic catalysts for the reduction of nitrobenzene under 425 nm illumination by LED lamps. Using gas chromatography (GC), the conversion and selectivity of the reduction reaction under the dark and light irradiation conditions can be monitored, demonstrating the enhanced catalytic performance and control over selectivity under LSPR excitation after alloying non-plasmonic Pd with plasmonic metal Ag. This technique can be adapted to a wide range of molecular transformations and NPs compositions, making it useful for the characterization of the plasmonic catalytic activity of different types of catalysis in terms of conversion and selectivity.

Presented here is a protocol for the synthesis of silver-palladium (Ag-Pd) alloy nanoparticles (NPs) supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). This system allows for harvesting energy from visible light irradiation to accelerate and control molecular transformations. This is illustrated by nitrobenzene reduction under light irradiation catalyzed by Ag-Pd/ZrO2 NPs.

הכנת חלקיקי כסף-פלדיום לסגסוגת עבור קטליזה פלסמונית תחת תאורת אור גלוי

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular ...

Stable Aqueous Suspensions of Manganese Ferrite Clusters with Tunable Nanoscale Dimension and Composition

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse applications. Here we describe how to form these materials in a hydrothermal process that permits the independent control of product cluster size (from 30 to 120 nm) and manganese content of the resulting material. Parameters such as the total amount of water added to the alcoholic reaction media and the ratio of manganese to iron precursor are important factors in achieving multiple types of MFC nanoscale products. A fast purification method uses magnetic separation to recover the materials making production of grams of magnetic nanomaterials quite efficient. We overcome the challenge of magnetic nanomaterial aggregation by applying highly charged sulfonate polymers to the surface of these nanomaterials yielding colloidally stable MFCs that remain non-aggregating even in highly saline environments. These non-aggregating, uniform, and tunable materials are excellent prospective materials for biomedical and environmental applications.

We report a one-pot hydrothermal synthesis of manganese ferrite clusters (MFCs) that offers independent control over material dimension and composition. Magnetic separation allows rapid purification while surface functionalization using sulfonated polymers ensures the materials are non-aggregating in biologically relevant medium. The resulting products are well positioned for biomedical applications.

מתלים מימיים יציבים של אשכולות פריט מנגן עם ממד ננומטרי טונה והרכב

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse ...

Fe ההיברידי משולב

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video