O apoio financeiro deste trabalho foi fornecido pelo Departamento de Energia DOE- Laboratório Directed Pesquisa &amp; Desenvolvimento (LDRD) Programa de Iniciativa Estratégica. Agradecemos ao Sr. Henry Sessions, eo Sr. Charles Shick para fornecer seu tempo e conhecimento para nos ajudar com nossas experiências.

1. Os nanomateriais Síntese Protocolo <ol><li> Prepara-se uma solução stock de Fe 2 O 3 de 25 mm. Nota: Todas as soluções de reserva são preparadas usando água desionizada, a menos que indicado de outra forma. </li><li> Tome um 25 ml frasco cónico. </li><li> Adicionar 10 ml de água deionizada (DI) e uma barra de agitação, e colocá-lo em um bloco de aquecimento. </li><li> Adicionar 100? L de Fe 2 O 3 solução estoque (25 mM) a este balão. </li><li> Aquece-se a solução com agitação durante cerca de 5 min. </li><li> Preparar 10 ml de 1% de citrato de sódio por dissolução de 0,1 g de citrato de sódio a 10 ml de água. </li><li> Adicionar 1 ml de solução de citrato de sódio a 1% para o frasco de 25 ml contendo a solução aquosa de Fe 2 O 3. </li><li> Levar a solução à ebulição (100 ° C). </li><li> Adicionar 250 ul de ácido cloroáurico 0,01 m. </li><li> Continuar a aquecer a solução a 100 ° C durante 10 min. Depois de vários minutos (2-3 min), a solução torna-se vermelho indica / acastanhadoTing que nanopartículas de Au estão a ser produzidos. </li><li> Remover a solução a partir do bloco de aquecimento e permita que arrefeça fora à TA (cerca de 20 ° C) (1-2 h). </li><li> Purifica-se as amostras por centrifugação durante 7 minutos a 4700 x g. </li><li> Remover o sobrenadante das amostras centrifugadas. </li><li> Re-dispersar as nanopartículas centrifugadas em água DI, até 10 ml. </li></ol> 2. As nanopartículas Caracterização <ol><li> SEM / EDX caracterização: <ol><li> Coloque 1-2 ul de nanopartículas centrifugadas numa grelha de cobre e deixe-a secar durante 1 hora. </li><li> Coloque amostra em um recipiente limpo e levá-lo para o SEM / EDX para a caracterização 11,12. </li></ol></li><li> UV-Vis caracterização: <ol><li> Ligue o UV-Vis e deixe-o aquecer durante 10-15 min. </li><li> Gravar um espectro de referência DI água. </li><li> Colocar 1 ml de uma solução aquosa da nanopartícula numa cuvete de metacrilatoe registrar a UV-Vis mais de comprimentos de onda λ = 300 - 1000 nm. </li><li> Evitar a saturação do sinal, mantendo o máximo de absorvância menor do que 1,2 ~. Se a absorvância máxima observada é maior, reduzir a altura do pico diluindo a amostra usando um ou mais curto comprimento de caminho cuvete. Nota: Superfície banda plasmon de Au (λ ≈ 525 nm) deve ser facilmente observado. </li></ol></li><li> manipulação magnética <ol><li> Coloque 3 ml das amostras aquosas vermelho / acastanhadas de nanoestruturas magnéticas / plasmonic em cuvetes de metacrilato. </li><li> Coloque um ímã adquiridos comercialmente (~ 100 Gauss) na proximidade imediata da tina. Nota: Em poucos minutos, todos os / as nanopartículas magnéticas são plasmonic &quot;ligado&quot; para o lado cuvette o metacrilato, onde o imã foi colocado. Solução tornou-se de castanho para incolor indicando que as nanopartículas magnéticas retiveram as suas propriedades mesmo após Au foi depositado em Fe 2 </sub&gt; O 3 superfície. </li></ol></li><li> Espectrometria de massas com plasma análise (ICP-MS). 13 <ol><li> Use amostras aquosas de soluções de nanopartículas nesta análise. </li><li> Digest purificado amostras de nanopartículas em ácido nítrico para transformá-los para uma forma iónica antes das experiências de análise de transferência de massa de todas as amostras em tubos com um volume final de 10 ml de ácido nítrico a 2%. Permitir 30 minutos para a digestão de ter lugar. </li><li> Criar uma curva de calibração com concentrações conhecidas de analitos de interesse (por exemplo, Au, Fe). </li><li> amostras de pico com uma solução de padrão interno contendo 10 ppb e de Rh em e analisar no modo semi-quantitativa da ICP-MS de acordo com as instruções do fabricante. Esta técnica envolve a análise de um padrão multi-elemento rastreável NIST (10 ppb Em e 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, CD, bi, e U). </li><li> Comparar as intensidades determinadas para o padrão com o intensities para as outras amostras para produzir concentrações aproximadas por elementos selecionados. Para dar conta de desvios de plasma e de instrumentos, todas as amostras devem ter um mínimo de concentração de 10 ppb para Nesse foi adicionado em todas as amostras. </li><li> Determinar a concentração elemental dos analitos de interesse para as soluções preparadas, seguindo estes passos: <ol><li> Executar uma amostra de validação calibração inicial do padrão multi-elemento (10 ppb Em e 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, CD, bi, e U). </li><li> Realizar branco calibração inicial de água desionizada. </li><li> Realizar a análise ICP-MS em duas amostras de interesse. </li><li> Continue realizando amostra de validação de calibração (10 ppb Em e 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, CD, bi, e U) do padrão multi-elemento. </li><li> Continue em branco calibração de água deionizada. Nota: De acordo com as especificações do fornecedor, as medições ICP-MS tem uma incerteza de 20%. Nanomaterial trabalho de laboratório foi realizada sob afhood ume. EPI (jaleco, avental, luvas finas mil de borracha nitrílica de contato acidental, e óculos) e uma viseira devem ser usados ​​se capô faixa é acima do nível do queixo. PPE mínimo necessário quando se trabalha com materiais em nanoescala; jaleco descartáveis, finas luvas de borracha nitrílica mil para contato e óculos de segurança acidentais com proteções laterais serão usados ​​no laboratório ao manusear nanomateriais. resíduos tendo nanomaterial não deve ser colocado em lixo comum ou no ralo. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Laser Aquecimento Experiment <ol><li> Ligue o fornecimento de energia e equilíbrio laser. Nota: O comprimento de onda do laser utilizado nesta experiência (λ = 532 nm) é escolhido para coincidir com o pico de absorvância LECC tão perto quanto possível. No entanto, os efeitos fototérmicos pode ser induzida utilizando qualquer comprimento de onda que se sobrepõe com a absorvância das nanopartículas. A eficiência do aquecimento é apenas maior quando iluminado na ressonância. </li><li> Posicione as janelas de equilíbrio para que eles do não obstruir o trajeto do laser ou bloquear os termopares infravermelho (IR). Os termopares IR são sondas de temperatura sem contato e deve ter uma linha clara de visão para a medição de superfície. A Figura 1 mostra um esquema da montagem experimental. </li><li> Retirar as tampas de protecção dos termopares IR. </li><li> Abra o programa de software de coleta de dados e executar, nomeando a medida, &quot;aquecimento&quot;. O programa de software personalizado coleta os valores de equilíbrio e resistência termopar como uma função do tempo, e quando o programa está sendo executado ele registra esses valores em um arquivo de dados. </li><li> Executar a medição de, pelo menos, 20 minutos para permitir que o sistema para aquecer. </li><li> Enquanto o sistema está a aquecer, preparar a amostra, pipetando a quantidade apropriada (3 ml) da solução desejada numa cuvete metacrilato. Os valores usados ​​aqui são 3 ml de solução para cuvetes padrão, e 1 ml para semi-micro cuvetes. </li><li> Ajustar a potência do laser para o menor setting que produz um feixe pouco visível, que é de 1,5 A para o sistema de laser usados ​​aqui. Certifique-se de que o ponto de feixe de laser está desobstruída e permanece no ponto focal do termopar IR. </li><li> Colocar a amostra no braço de equilíbrio de tal modo que o lado da cuvete é perpendicular ao feixe de medição de IR do termopar e o ponto de feixe de laser bate no centro da solução. </li><li> Reduza a potência do laser até que o feixe não é mais visível, mas não desligue a fonte de alimentação. </li><li> Após 20 min o warm-up está completo. Pare o programa de medição e sair do software. </li><li> Re-zero o equilíbrio. Abra o programa de software de coleta de dados, clique em Executar e, em seguida, criar um nome para o arquivo de dados. O experimento será executado depois de nomear o arquivo e clicar em &quot;Salvar&quot;. A rotina experimental exacta dependerá da informação desejada, mas de um modelo de rotina é fornecida aqui. <ol><li> Inicie a coleta de dados. Após 120 segundos, aumente o lpoder aser a configuração desejada (1,2 W para estas experiências, que quando focada em um ~ 20 um ponto corresponde com ~ 3,8 x 10 5 W / cm 2). Recolha de dados para outros 1.000 sec, em seguida, ajustar a potência do laser para a configuração mínima e desligar a energia do laser de alimentação. Continuar a recolher dados para outros 1.000 sec antes de parar a medição. </li></ol></li><li> Após a rotina experimental for concluída, saia do programa, desligar tudo, e re-cover todos os equipamentos. Salve os dados experimentais em um formato ASCII e mais processar e analisar de um 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>

Os autores não têm nada a revelar.

O uso de nanopartículas de ouro opticamente ajustáveis ​​para estudos hipertermia é uma opção atraente, uma vez que capitaliza sobre o aquecimento plasmonic de nanopartículas de ouro sintonizado para absorver a luz fortemente na região do VIS-NIR. Os estudos de aquecimento plasmonic aqui descritos foram examinados usando de laboratório preparados e disponíveis comercialmente ferro nanomateriais híbridos óxido de-ouro. Um dos métodos mais amplamente utilizados para o fabrico de partículas de ouro coloidal nanospherical envolve a redução de ácido cloroáurico (HAuCl 4) ao ouro neutro Au (0) por agentes redutores, tais como citrato de sódio, boro-hidreto de sódio, etc 15,16 A síntese de as nanopartículas de ouro sobre nanopartículas de óxido de ferro é simples. Pode-se facilmente controlar o tamanho Au metal, forma, e de carga, alterando parâmetros experimentais, por exemplo, as concentrações de reagentes, agentes redutores, surfactantes, etc. 17 Esta abordagem proporciona um bom controle sobre Au nanoparticle dimensões e carga de nanopartículas uniforme sobre Fe 2 O 3. Outros metais nobres também podem ser preparados por este procedimento, incluindo Ag, Pt e Pd. 18 Uma vantagem deste procedimento é que o procedimento de reacção pode ser feito ao ar ou água, e, em princípio, é passível de aumento de escala. Usando nanomateriais comerciais e / ou procedimentos químicos escaláveis-molhado é ideal para aplicações de tratamento de grande escala ou aplicações biológicas porque estes materiais estão prontamente disponíveis e mais econômico do que os materiais e procedimentos personalizada sintetizados. modificações de superfície dessas nanoestruturas metálicas também são de interesse na comunidade científica. Um número de agentes tensioactivos orgânicos (tióis, bifuncionais, polímeros, aminoácidos, proteínas, DNA) e materiais inorgânicos (sílica, outros metais, óxidos metálicos, etc.) 19 pode ser adicionalmente carregados ou funcionalizados para estas superfícies para criar materiais nanocompósitos com várias projetos, geometrias,composições e capacidades multifuncionais, para o direcionamento biológico, entrega da droga, detecção, tratamento de imagens, aplicações ambientais, etc. Além disso, a técnica fototérmico aqui descrito é bem adequada para caracterizar as propriedades plasmonic de diferentes materiais, como a temperatura da massa e medições da massa são relativamente fáceis de executar usando equipamento facilmente disponível. A facilidade de preparação de amostras e de medição é uma vantagem distinta sobre outras técnicas / aplicações plasmonic. Por exemplo, técnicas tais como a espectroscopia de Raman superfície melhorada, e LECC detecção são altamente sensíveis para a preparação de ambos o substrato e o alvo, o que torna 20,21 repetibilidade e comparação entre amostras mais complexas. Uma possível desvantagem para as medições fototérmicos descritos acima é que a temperatura é medida na escala de grandes quantidades e não sobre a superfície da nanopartícula, onde o calor é transduzida. Existem Thermotécnicas metria que podem fornecer essas informações de temperatura local, 22-24 mas estes exigem a preparação da amostra mais complicada, tornando-os mais difíceis de implementar. Finalmente, as medições aqui descritas pode ser facilmente combinada com outras técnicas (por exemplo, de degradação fotocatalítica 9) para avaliar os efeitos fototérmicos em processos diferentes. Em resumo, descrevemos a síntese de híbridos de Fe 2 O 3 -au nanopartículas soluções e a sua caracterização fototérmico. Mesmo com uma concentração de 20 × menor de Au, estes Fe 2 O 3 -au nanopartículas são capazes de photothermally soluções aquosas de calor de forma tão eficiente como AuNPs, demonstrando as vantagens de materiais híbridos. Além disso, as estruturas de híbridos retêm as propriedades de ambos os materiais, a criação de uma estrutura multifuncional, com propriedades magnéticas e plasmonic. Tais estruturas são interessantes para aplicações biomédicas,8, mas muitos usos adicionais podem ser imaginado.

Começando com a sua utilização em vidro antigo dicróico, 1 nanopartículas de ouro (AuNPs) têm muitas vezes contribui para o desenvolvimento de novas tecnologias de 2,3. Exemplos mais modernos destas tecnologias incluem dispositivos de camuflagem e partículas que podem detectar e tratar o cancro. 4,5 AuNPs têm muitas propriedades notáveis, mas o mais notável entre estes é a presença de ressonâncias plasmon de superfície localizadas (LSPRs), que ocorrem quando a radiação eletromagnética incidente unidades ressonantemente livre elétrons em oscilações coletivas, criação de campos electromagnéticos intensos e altamente confinados. 6 Um aspecto intrigante de LSPRs é que eles são sintonizável. Isto é, a energia de ressonância pode ser ajustada modificando a forma e tamanho dos AuNPs ou alterando o índice de refracção do meio ambiente. Outra propriedade de AuNPs, e o ouro, em geral, é que eles são relativamente caros. Embora isso possa fazer ouro mais atraente a partir de umponto de vista de luxo, para aplicações tecnológicas, este é um inconveniente e poderia ser um obstáculo para o uso geral. Duas soluções possíveis para este problema estão à procura de materiais alternativos menos caros que exibem propriedades semelhantes como o ouro, ou encontrar uma maneira de combinar ouro com outro material para criar um material composto com propriedades semelhantes, mas menores quantidades do metal precioso. A última solução é talvez o mais interessante, uma vez que permite a possibilidade de criação de uma nanoestrutura híbrido multifuncional com as propriedades físico-químicas dos dois ou mais materiais. 7 O óxido de ferro (III), Fe 2 O 3, é um excelente candidato para uma componente de uma tal mistura, pois é amplamente disponível, barato e não tóxico. Além disso, a fase de maghemite, γ-Fe 2 O 3, é ferrimagnético, e a fase de hematite, α-Fe 2 O 3, é fracamente ferromagnéticos. Assim, a combinação deouro com Fe 2 O 3 pode potencialmente produzir nanopartículas que exibem propriedades plasmonic e também interagir com campos magnéticos externos, mas são significativamente menos caro do que o ouro puro. Tal nanoestrutura híbrido poderia encontrar aplicações interessantes do mundo real. Por exemplo, as nanopartículas de Fe 2 O 3 -au provaram ser úteis tanto para o diagnóstico e tratamento do cancro por meio de ressonância magnética e terapia fototérmico. 8 Neste caso, o Fe 2 O 3 funciona como um agente de contraste para IRM, enquanto que a porção Au converte localmente incidente luz para aquecer através da dissipação de energia eletromagnética absorvida durante LECC. Além disso, Fe 2 O 3 -au nanopartículas demonstraram realce plasmónico da conversão catalítica de CO em CO2 sob iluminação de luz visível, e tais estruturas podem igualmente ser utilizados para fototérmico conversão de energia solar. 9,10 This relatório descreve a síntese de Fe 2 O 3 -au nanopartículas utilizando um método químico húmido simples. A estrutura híbrida consiste de um núcleo de Fe 2 O 3 que está decorado com AuNPs menores. Importante, a obtidos Fe 2 O 3 -au nanopartículas reter ambas as propriedades magnéticas e plasmonic dos materiais constituintes, o que cria uma partícula multifuncional que pode ser útil para uma variedade de aplicações. A fim de ilustrar as aplicações plasmonic destas nanopartículas híbridas, é também descrito fototérmico caracterização das nanopartículas utilizando um sistema de aquecimento a laser. As medições fototérmicos demonstrar que o híbrido de Fe 2 O 3 -au nanopartículas são capazes de aquecer as soluções aquosas de forma tão eficiente como AuNPs puros, mesmo com uma concentração significativamente menor do metal nobre. Estes resultados validam o método de usar compostos ou híbridos materiais para reduzir custos e alcançar uma maior 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

Um dos métodos mais amplamente utilizados para o fabrico de partículas de ouro coloidal nanospherical envolve a redução de ácido cloroáurico (HAuCl 4) ao ouro neutro Au (0) por agentes, tais como citrato de sódio ou boro-hidreto de sódio redução. A extensão deste método para decorar óxido de ferro ou nanopartículas semelhantes com nanopartículas de ouro para criar híbrido multifuncional Fe 2 O 3 -au nanopartículas é simples. Esta abordagem produz bastante bom controle sobre as dimensões de nanopartículas de Au e carregamento em Fe 2 O 3. Além disso, o tamanho Au metálico, forma e carga podem facilmente ser ajustado alterando os parâmetros experimentais (por exemplo, concentrações dos reagentes, agentes redutores, agentes tensioactivos, etc.). Uma vantagem deste procedimento é que a reacção pode ser feito ao ar ou água, e, em princípio, é passível de aumento de escala. A utilização de tais sintonizável opticamente Fe 2 O 3 -au nanopartículas para hypertherestudos mia é uma opção atraente, uma vez que capitaliza sobre o aquecimento plasmonic de nanopartículas de ouro sintonizado para absorver a luz fortemente na região do VIS-NIR. Em adição aos seus efeitos plasmonic, nanoescala Au proporciona uma superfície única para químicas interessantes e catálise. O Fe material de 2 O 3 fornece funcionalidade adicional, devido à sua propriedade magnética. Por exemplo, um campo magnético externo poderia ser utilizado para recolher e reciclar o híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas depois de uma experiência catalítica, ou em alternativa, o Fe 2 O 3 magnética pode ser utilizada para estudos de hipertermia por meio de indução magnética calor. O experimento fototérmica descrita neste relatório mede a mudança de temperatura em massa e perda de massa solução de nanopartículas em função do tempo utilizando termopares infravermelhos e um equilíbrio, respectivamente. A facilidade de preparação da amostra e a utilização de equipamentos facilmente disponíveis são distintas vantagens desta técnica. A ressalva é thnestas medições fototérmicos avaliar a temperatura da solução a granel e não a superfície da nanopartícula, onde o calor é transduzida e a temperatura é provável que seja maior.

Composição do material é uma consideração importante para materiais híbridos. análise de energia dispersiva de raios X (EDX) e plasma indutivamente acoplado Espectrometria de Massa (ICP-MS) pode fornecer essas informações. Análise EDX fornece dados semi-quantitativos (Figura 2), enquanto que o ICP-MS fornece informações precisas, quantitativo em relação aos elementos de interesse. Verificou-se que o híbrido de Fe 2 O 3 -au nanopartículas têm concentrações de ferro e de Au ρFe = 150 ppb e ρAu = 49 ppb. Em comparação, puros nanopartículas de Au, que são usados ​​como um controle para o aquecimento fototérmica, têm muito mais elevadas concentrações de Au de ρAu = 1.100 ppb. A análise em MEV revela a morfologia dos Fe 2 O 3 -au nanopartículas (Figura 3), mostrando os agregados de partículas arredondadas, irregulares que apareça funcionalizado com menor, brilhante,arredondado e nanopartículas. As nanopartículas maiores são identificados como Fe 2 O 3, enquanto que as mais pequenas, as nanopartículas mais brilhantes são identificados como Au. Este tipo de morfologia é muitas vezes referida como &quot;nanopartículas&quot; decoradas. 14 Neste caso, a superfície da partícula de suporte, Fe 2 O 3, é decorada com menores, isolado Au nanopartículas. A análise estatística das nanopartículas revela que o Fe 2 O 3 nanopartículas têm um diâmetro médio de d = 40 ± 10 nm. As nanopartículas de Au funcionalização tem uma ampla gama de tamanhos, com d = 20 ± 20 nm. Dinâmica de espalhamento de luz (DLS) medições podem quantificar o comportamento de agregação, e verifica-se que o híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas têm um raio hidrodinâmico médio de dh = 243 nm com caixas populacionais de dh = 61 nm (13%) e DH = 310 nm (87%). Além disso, o potencial zeta é encontrado para Ç = -16 mV, o que pode ajudar a limitar acomportamento de agregação. O espectro UV-VIS-NIR do híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas é mostrado na Figura 4A. Um pico de absorvância distinta é observada no comprimento de onda λ ≈ 520 nm, e é atribuída ao modo LECC das nanopartículas de Au Funcionalização de Fe 2 O 3. O comprimento de onda da LECC é consistente com os valores da literatura para AuNPs com morfologias semelhantes. O comportamento 11,12 plasmónico das estruturas híbridas é devido à formação de AUNP nas Fe 2 O 3 suportes. Isto pode ser directamente observada por espectroscopia de UV-vis in situ. A Figura 4B mostra o UV-VIS absorvância espectros da solução reagente em vários momentos durante a reacção. Inicialmente, existe uma ligeira absorção de luz visível atribuído às Fe 2 O 3 nanopartículas dispersos na solução. Conforme a reacção prossegue, a abso<html> rbance aumenta, e a 1,5 min, um pico começa a se formar, o que se torna melhor definida como a reacção prossegue. Este pico resulta da absorvância e LECC corresponde com a formação de AuNPs e a sua deposição sobre a superfície de suporte do Fe 2 O 3. O comportamento magnético das nanopartículas de Fe 2 O 3 -au é facilmente observada por meio de manipulação com um campo magnético externo. Inicialmente, a solução de Fe 2 O 3 -au tem uma cor acastanhada (Figura 5B). No entanto, depois de colocar a solução em um campo magnético externo, a solução gradualmente vira clara ao longo de vários minutos enquanto o conjunto das nanopartículas magnéticas híbridos é recolhido por campo (Figura 5C). A recolha magnético é reversível, e as nanopartículas multifuncionais podem ser re-disperso por agitação da solução, como se mostra nas Figuras 5D e 5E. 1 &quot;&gt; medições de aquecimento Fototérmica são apresentados na Figura 6A, que representa graficamente a alteração da temperatura em massa em solução irradiada, AT, como uma função do tempo para o híbrido de Fe 2 O 3 -au nanopartículas, AuNPs, e água desionizada pura (DI H 2 O). O Fe 2 O 3 e Au -au nanopartículas exibem um perfil de temperatura praticamente idêntico, com as temperaturas a aumentar em mais de 40 ° C. É evidente que as absorvâncias de ambos os plasmonic nanopartículas tipos são capazes de transduzir luz em calor muito eficiente, mas o Fe 2 o 3 -au fazê-lo com uma concentração consideravelmente mais baixa de Au, como discutido acima. por outro lado, o DI H 2 o experimento mostra nenhuma mudança na temperatura, o que demonstra que o aumento da temperatura nas soluções de nanopartículas é unicamente devido à dissipação de energia electromagnética absorvida nas nanopartículas. AT na Figura 6A descreve a alteração em massa temperaturE, e temperaturas na região irradiada e perto das superfícies de nanopartículas pode ser muito maior. 13 A alteração na massa da solução, Dm, que surge a partir de geração de vapor, é um indicador de estas temperaturas mais elevadas. A Figura 6B representa graficamente Dm versus tempo para o híbrido Fe 2 o 3 e nanopartículas -au para DI H 2 O. Dm para a solução de nanopartículas é muito maior do que a taxa de evaporação do fundo, indicando suficientemente altas temperaturas da superfície para gerar vapor a uma taxa significativa. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> Figura 1. Representação esquemática da instalação de aquecimento a laser. A cuvete é colocada sobre uma escala de microgramas e iluminado por um feixe de laser a partir de cima. Dois IR termopares medem a temperatura da cuvete e do ambiente, respectivamente. Todas as medições são sincronizados e registrado em uma collecti dadossobre o programa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> Figura 2. representativas espectro EDX do híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas. O eixo das abcissas corresponde com a energia e o eixo das ordenadas corresponde com o número de contagens. Peaks foram rotulados com o elemento correspondente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> Figura 3. imagem SEM do híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas. A larg<html> er, regiões mais escuras são Fe 2 O 3 partículas, que são decorados com menor brilhantes Au nanopartículas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> Figura 4. As propriedades ópticas. (A) UV-vis de absorvância espectros do híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas, mostrando a ampla absorção de luz visível de Fe 2 O 3 e o pico plasmónico atribuído às nanopartículas de Au perto de 530 nm. (B) A absorvância UV-vis os espectros da solução reagente em vários momentos durante a reacção, que mostra a absorvância LECC resultante de formação AUNP na solução e no Fe 2 O 3 nanopartículas..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> Figura 5. Propriedades Magnéticas fotografias de Au-Fe 2 O 3 nanopartículas.; (A) disperso em solução aquosa; (B) a manipulação magnética (tempo = 0 seg); (C) a manipulação magnética (tempo = 2 min); (D) íman removido; (E) Au-Fe 2 O 3 nanopartículas após a manipulação magnética, mostrando que eles podem ser facilmente re-dispersos na solução aquosa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; Figura experimentos 6. fototérmicos. Gráficos ilustrando a (A) mudança na temperatura da solução, AT, e perda de massa (B), Dm, como funções do tempo. Sob iluminação laser, as nanopartículas (preto e vermelho curva) geram AT considerável e valores Dm que são significativamente maiores do que aqueles que ocorrem em DI pura H2O em condições idênticas (curva azul). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta 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.

Híbrido multifuncional Fe<sub&gt; 2</sub&gt; ó<sub&gt; 3</sub&gt; -au Nanopartículas para Aquecimento plasmonic Eficiente

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 visualizações.  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.

Captura óptica de 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 ...

Engenharia

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.

Projeto, fabricação e Experimental Caracterização de plasmônicos Emissores Terahertz Photoconductive

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.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

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.

Analisando o movimento da Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Por Optical Rastreamento de plasmônicos 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.

Tomografia de raios-X de energia dispersiva para 3D Elemental Mapeamento de nanopartículas individuais

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.

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

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.

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

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.

Monovalente Cation Doping de CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For eficientes células solares 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.

Localização de Defeitos Subsuperficiais por Aquecimento Estruturado usando a Termografia Fototérmica Projetada a Laser

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.

Controlável nucleação de cavitação de nanopartículas de ouro plasmônico para reforçar a alta intensidade focada aplicações de ultra-som

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

Híbrido multifuncional Fe

Resumo

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