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

Published: February 20, 2016
doi:
10.3791/53598
, ,
1National Security Directorate,Savannah River National Laboratory, 2Analytical Development Directorate,Savannah River National Laboratory

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1. Os nanomateriais Síntese Protocolo 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. Tome um 25 ml frasco cónico. Adicionar 10 ml de água deionizada (DI) e uma barra de agitação, e colocá-lo em um bloco de aquecimento. Adicionar 100? L de Fe 2 O 3 solução estoque (25 mM) a este balão. Aquece-se a solução com agitação durante cerca de 5 min. Preparar 10 ml de 1% de citrato de sódio por dissolução de 0,1 g de citrato de sódio a 10 ml de água. 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. Levar a solução à ebulição (100 ° C). Adicionar 250 ul de ácido cloroáurico 0,01 m. 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. Remover a solução a partir do bloco de aquecimento e permita que arrefeça fora à TA (cerca de 20 ° C) (1-2 h). Purifica-se as amostras por centrifugação durante 7 minutos a 4700 x g. Remover o sobrenadante das amostras centrifugadas. Re-dispersar as nanopartículas centrifugadas em água DI, até 10 ml. 2. As nanopartículas Caracterização SEM / EDX caracterização: Coloque 1-2 ul de nanopartículas centrifugadas numa grelha de cobre e deixe-a secar durante 1 hora. Coloque amostra em um recipiente limpo e levá-lo para o SEM / EDX para a caracterização 11,12. UV-Vis caracterização: Ligue o UV-Vis e deixe-o aquecer durante 10-15 min. Gravar um espectro de referência DI água. 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. 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. manipulação magnética Coloque 3 ml das amostras aquosas vermelho / acastanhadas de nanoestruturas magnéticas / plasmonic em cuvetes de metacrilato. Coloque um ímã adquiridos comercialmente (~ 100 Gauss) na proximidade imediata da tina. Nota: Em poucos minutos, todos os / as nanopartículas magnéticas são plasmonic "ligado" 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> O 3 superfície. Espectrometria de massas com plasma análise (ICP-MS). 13 Use amostras aquosas de soluções de nanopartículas nesta análise. 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. Criar uma curva de calibração com concentrações conhecidas de analitos de interesse (por exemplo, Au, Fe). 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). 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. Determinar a concentração elemental dos analitos de interesse para as soluções preparadas, seguindo estes passos: 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). Realizar branco calibração inicial de água desionizada. Realizar a análise ICP-MS em duas amostras de interesse. 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. 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. 3. Laser Aquecimento Experiment 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. 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. Retirar as tampas de protecção dos termopares IR. Abra o programa de software de coleta de dados e executar, nomeando a medida, "aquecimento". 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. Executar a medição de, pelo menos, 20 minutos para permitir que o sistema para aquecer. 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. 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. 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. Reduza a potência do laser até que o feixe não é mais visível, mas não desligue a fonte de alimentação. Após 20 min o warm-up está completo. Pare o programa de medição e sair do software. 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 "Salvar". A rotina experimental exacta dependerá da informação desejada, mas de um modelo de rotina é fornecida aqui. 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. 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.

Representative Results

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 "nanopartículas" 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 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 "> 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. 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. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 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. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3. imagem SEM do híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas. A larg er, regiões mais escuras são Fe 2 O 3 partículas, que são decorados com menor brilhantes Au nanopartículas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 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 "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 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. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg" /> 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). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura .

Discussion

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.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

O apoio financeiro deste trabalho foi fornecido pelo Departamento de Energia DOE- Laboratório Directed Pesquisa & 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.

Materials

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
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Murph, S. E. H., Larsen, G. K., Lascola, R. J. Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating. J. Vis. Exp. (108), e53598, doi:10.3791/53598 (2016).
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