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.
之一的用于制造胶体金nanospherical颗粒最广泛使用的方法涉及的氯金酸(氯金酸4)中性金Au的还原(0)通过还原剂,诸如柠檬酸钠或硼氢化钠。该方法的扩展来装饰氧化铁或类似的纳米颗粒具有金纳米颗粒创建多功能混合的 Fe 2 O 3的-Au纳米颗粒是简单的。这种方法产生了金纳米颗粒的尺寸和装上的 Fe 2 O 3相当不错的控制。此外,在Au金属的大小,形状,和装载可以容易地通过改变实验参数(例如,反应物浓度,还原剂,表面活性剂等)调谐。此过程的一个优点是,反应可以在空气中或水中进行,并且在原则上,是适合于扩大。使用这样的光学可调的铁2 O 3 -Au纳米颗粒hypertherMIA的研究是一个有吸引力的选择,因为它利用了调整,以在VIS-NIR区域的强烈吸收光的金纳米粒子的表面等离子体加热。除了它的电浆的效果,纳米级金提供了有趣的化学和催化独特的表面。铁2 O 3的材料,由于其磁性能提供额外的功能。例如,外部磁场可用于催化试验后2 O 3 -Au颗粒收集和回收的混合动力车的Fe,或者可替换地,磁性的 Fe 2 O 3可用于通过磁热感应热疗研究。作为时间的函数用红外热电偶和平衡,分别在本报告中所述的光热实验测量本体温度变化和纳米颗粒溶液的质量损失。样品制备的便利性和使用的容易获得的设备是这种技术的显着的优点。一个需要注意的是日在这些光热测量评估本体溶液温度,而非在其中的热量被转导的纳米颗粒的表面和温度可能会更高。
与他们在古老的分色玻璃的使用开始,1金纳米粒子(纳米金)往往促成了新技术的发展。2,3更现代的这些技术的例子包括隐形装置和颗粒既可以检测和治疗癌症。4,5金纳米粒子具有许多显着的特点,但其中最引人注目的是局部表面等离子体共振(LSPRs),电子当入射电磁辐射共振驱 动器免费而发生转化为集体振荡,产生强烈的和高度受限电磁场的存在。6一个有趣的方面LSPRs的是,它们是可调谐的。也就是说,共振能量可以通过修改金纳米粒子的形状和大小,或通过改变周围环境的折射率进行调整。金纳米粒子的另一个属性,以及金在一般情况下,是它们比较昂贵。虽然这可能令金价从更具吸引力豪华的观点来看,对技术的应用,这是一个缺点,并可能是一个障碍一般用途。对于此问题的两种可能的解决方案正在寻找表现出类似的性质如金较便宜的替代材料,或寻找一种方法来金与另一种材料组合以创建具有类似性质的,但较少量的贵金属的复合材料。后者的解决方案是可能更有趣,因为它允许创建具有两种或更多种材料的物理化学性质的多功能混合纳米结构的可能性。7
氧化铁,铁2 O 3是对于这样的混合物中的一种成分的优异的候选者,因为它是广泛使用的,价格低廉,且无毒。此外,磁赤铁矿相的γ 的 Fe 2 O 3,是铁磁和赤铁矿相,的α-Fe 2 O 3,是弱铁磁性的。因此,该组合金为Fe 2 O 3可能得到表现出等离子性质,并与外部磁场相互作用,但是显著比纯金更便宜的纳米颗粒。这种混合纳米结构可以发现,有趣的现实世界的应用。例如,铁2 O 3 -Au纳米颗粒被证明为癌症的诊断和治疗通过磁共振成像和光热治疗8在这种情况下是有用的, 的 Fe 2 O 3用作MRI造影剂,而金部局部地转换入射光光热透LSPR过程中吸收的电磁能量耗散。此外,铁2 O 3 -Au纳米颗粒已经证明CO的可见光照明催化转化成CO 2的电浆增强,并且也可用于光热太阳能转换这样的结构。9,10-
氏的报告描述的Fe 2 O 3纳米-Au使用一个简单的湿化学方法合成。混合结构由饰有金纳米颗粒越小一个的 Fe 2 O 3的核心。重要的是,所得到的 Fe 2 O 3的-Au颗粒保留构成材料,它创建了一个多功能颗粒,可能是用于各种应用中有用的两磁性和电浆特性。为了说明这些混合纳米颗粒的等离子体激元的应用程序,利用激光加热系统的纳米颗粒的光热表征还描述。光热测量表明,该混合的 Fe 2 O 3的-Au纳米颗粒能够作为有效地加热水溶液作为纯粹的AuNPs,即使有贵金属的显著较小浓度。这些结果证实使用复合材料或混合材料,以降低成本,实现更大functionalit的方法年。
热疗研究使用光可调谐的金纳米粒子是一个有吸引力的选择,因为它利用了调整,以在VIS-NIR区域的强烈吸收光的金纳米粒子的表面等离子体加热。这里所描述的等离子加热研究是通过使用实验室制备和可商购的氧化铁 – 金混合纳米材料检查。之一的用于制造胶体金nanospherical颗粒最广泛使用的方法涉及的氯金酸(氯金酸4)还原成中性金Au(0)通过减少剂,如柠檬酸钠,硼氢化钠等15,16的合成对氧化铁纳米颗粒的纳米金是直接的。人们可以很容易地控制在Au金属的大小,形状,和装载通过改变实验参数,例如,反应物浓度,还原剂,表面活性剂等17这种方法产生过度的Au nanoparticl良好控制Ë尺寸均匀的纳米装上的 Fe 2 O 3。其它贵金属也可以通过该过程,包括银,铂,和钯制备。18此过程的一个显着优点是,该反应过程可以在空气中或水中进行,并且在原则上,是适合于扩大。使用商业纳米材料和/或可伸缩的湿化学过程,因为这些材料是容易超过常规合成材料和程序可用,更经济的是理想的大规模处理应用或生物应用。这些金属纳米结构的表面修饰是在科学界的兴趣也。若干有机(表面活性剂,双官能硫醇,聚合物,氨基酸,蛋白质,DNA)和无机材料(二氧化硅,其它金属, 金属氧化物等)19可以进一步加载或官能化到这些表面以创建具有各种纳米复合材料设计,几何,成分和多功能能力,为生物靶向,药物传递,传感,成像,环境应用等 。
此外,这里所描述的光热技术非常适合以表征不同材料的电浆属性,散装温度和质量测量相对容易使用容易获得的设备来执行。样品制备和测量的易用性是比其他等离子技术/应用具有明显的优势。例如,技术如表面增强拉曼光谱和LSPR感测是在制备衬底和目标的,20,21这使得可重复性和跨样本更具挑战性的比较高度敏感。一个可能的缺点与上述光热测量是该温度是在批量规模,而不是在这里热量被转导的纳米颗粒的表面上测量的。有热metry技术,可以提供这样的局部温度信息,22-24,但这些都需要更复杂的样品制备,使他们更有挑战性的实施。最后,这里所描述的测量,可以很容易地与其它技术 (如光催化降解)9相结合,以评估不同的进程光热效应。
总之,我们已经描述了杂交体的 Fe 2 O 3的-Au纳米颗粒溶液和它们的光热表征的合成。即使有Au的20×较小浓度,这些的 Fe 2 O 3的-Au纳米颗粒能够尽可能有效光热热水溶液作为金纳米粒子,表明混合物料的优点。此外,该混合结构保留这两种材料的特性,创建具有磁性和电浆属性的多功能结构。这样的结构是用于生物医学应用有兴趣,8但许多其他用途,可以预见的。
The authors have nothing to disclose.
这项工作的财政支持由能源doe,您好实验室指导研究与发展(LDRD)战略举措计划署提供。我们感谢亨利会议先生和查尔斯Shick先生提供他们的时间和专业知识,我们的实验来帮助我们。
Gold(III) chloride trihydrate | Sigma-Aldrich | 520918 | ≥99.9% trace metals basis |
Iron(III) oxide | Sigma-Aldrich | 544884 | nanopowder, <50 nm particle size (BET) |
Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma-Aldrich | S4641 | ACS reagent, ≥99.0% |
SEM | Hitachi | S8200 | |
TEM | Hitachi | H95000 | |
EDX | Oxford Instruments | SDD – X-Max | |
DLS | Brookhaven Instruments | NanoBrook Omni | |
ICP-MS | Agilent | 7500s | |
UV-Vis-NIR spectrometer | Tec5 MultiSpec | ||
Laser, λ = 532 nm | Del Mar Photonics | DMPV-532-1 | |
Microgram Balance | Mettler Toledo | XP205 | |
Infrared Thermocouples | Omega Engineering | OS801-HT |