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Engineering

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

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

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

Introduction

A partir de su uso en vidrio dicroico antiguo, 1 nanopartículas de oro (AuNPs) a menudo han contribuido al desarrollo de nuevas tecnologías. 2,3 Ejemplos más modernos de estas tecnologías incluyen dispositivos de camuflaje y partículas que pueden tanto detectar y tratar el cáncer de 4,5. AuNPs tienen muchas propiedades notables, pero el más notable de ellos es la presencia de resonancias de plasmones de superficie localizados (LSPRs), que se producen cuando las unidades resonante incidente de radiación electromagnética libre de electrones en oscilaciones colectivas, creación de campos electromagnéticos intensos y muy reducidos. 6 Un aspecto intrigante de LSPRs es que son sintonizable. Es decir, la energía de resonancia se puede ajustar mediante la modificación de la forma y tamaño de las AuNPs o cambiando el índice de refracción del medio ambiente. Otra característica de AuNPs, y oro en general, es que son relativamente caros. Si bien esto puede hacer de oro más atractivo de unapunto de vista de lujo, para aplicaciones tecnológicas, esto es un inconveniente y puede ser un obstáculo para uso general. Dos posibles soluciones para este problema están en busca de materiales alternativos menos costosos que exhiben propiedades similares como el oro, o encontrar una manera de combinar oro con otro material para crear un material compuesto con propiedades similares pero menores cantidades del metal precioso. La última solución es quizás más interesante, ya que permite la posibilidad de crear una nanoestructura híbrida de múltiples funciones con las propiedades fisicoquímicas de dos o más materiales. 7

El óxido de hierro (III), Fe 2 O 3, es un excelente candidato para un componente de una mezcla de este tipo, ya que está ampliamente disponible, barato y no tóxico. Además, la fase de maghemita, γ-Fe 2 O 3, es ferrimagnético, y la fase de hematita, α-Fe 2 O 3, es débilmente ferromagnético. Por lo tanto, la combinación dede oro con Fe 2 O 3, potencialmente podría producir nanopartículas que exhiben propiedades plasmónica y también interactúan con los campos magnéticos externos, sin embargo, son mucho menos caro que el oro puro. Tal nanoestructura híbrida podría encontrar aplicaciones interesantes en el mundo real. Por ejemplo, las nanopartículas de Fe 2 O 3 -au han demostrado ser útiles tanto para el diagnóstico y tratamiento del cáncer a través de imágenes de resonancia magnética y la terapia fototérmica. 8 En este caso, Fe 2 O 3 funciona como un agente de contraste de MRI, mientras que la porción Au convierte localmente incidente luz en calor a través de la disipación de la energía electromagnética absorbida durante LSPR. Además, Fe 2 O 3 -aU nanopartículas han demostrado mejora plasmónica de la conversión catalítica de CO en CO2 bajo iluminación de luz visible, y tales estructuras podrían también ser utilizado para fototérmica conversión de energía solar. 9,10

This informe describe la síntesis de Fe 2 O 3 -aU nanopartículas mediante un sencillo método químico húmedo. La estructura híbrida consiste en una Fe 2 O 3 del núcleo que está decorado con AuNPs más pequeños. Es importante destacar que, el Fe 2 O 3 obtenidos -au nanopartículas conservan las propiedades magnéticas y plasmónica de los materiales constituyentes, lo que crea una partícula multifuncional que podría ser útil para una variedad de aplicaciones. Con el fin de ilustrar las aplicaciones plasmónica de estas nanopartículas híbridas, también se describe la caracterización fototérmica de las nanopartículas usando un sistema de calentamiento por láser. Las mediciones fototérmicos demuestran que el híbrido Fe 2 O 3 -au nanopartículas son capaces de calentar soluciones acuosas tan eficientemente como AuNPs puros, incluso con una concentración significativamente menor de metal noble. Estos resultados validan el método de uso de materiales compuestos o híbridos para reducir los costos y lograr una mayor functionality.

Protocol

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

Representative Results

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

Discussion

El uso de nanopartículas de oro ópticamente sintonizables para los estudios de hipertermia es una opción atractiva, ya que saca provecho de la calefacción plasmónica de nanopartículas de oro afinados para absorber la luz fuertemente en la región VIS-NIR. Los estudios de calefacción plasmónicas aquí descritos se examinaron mediante el uso de preparados en el laboratorio y disponibles comercialmente de hierro nanomateriales híbridos-óxido de oro. Uno de los métodos más ampliamente utilizados para la fabricación de partículas de oro coloidal nanospherical implica la reducción del ácido cloroáurico (HAuCl4) al oro neutral Au (0) por agentes reductores, tales como citrato de sodio, borohidruro de sodio, etc. 15,16 La síntesis de las nanopartículas de oro en nanopartículas de óxido de hierro es sencillo. Uno podría fácilmente controlar el tamaño Au metal, forma y carga, cambiando los parámetros experimentales, por ejemplo, concentraciones de reactivos, agentes reductores, agentes tensioactivos, etc. 17 Este enfoque produce un buen control sobre Au nanoparticldimensiones e y carga uniforme sobre nanopartículas de Fe 2 O 3. Otros metales nobles también se pueden preparar por este procedimiento, incluyendo Ag, Pt, y Pd. 18 Una ventaja de este procedimiento es que el procedimiento de reacción puede hacerse en el aire o el agua, y, en principio, es susceptible de aumento de escala. El uso de nanomateriales comerciales y / o procedimientos químicos escalables húmedo es ideal para aplicaciones de tratamiento a gran escala o aplicaciones biológicas debido a que estos materiales son fácilmente disponibles y más económico que los materiales y procedimientos de síntesis personalizada. modificaciones de la superficie de estas nanoestructuras metálicas son también de interés en la comunidad científica. Un número de orgánicos (tensioactivos, tioles bifuncionales, polímeros, aminoácidos, proteínas, ADN) y materiales inorgánicos (sílice, otros metales, óxidos metálicos, etc.) 19 se pueden cargar más o funcionalizado sobre estas superficies para crear materiales nanocompuestos con diversos diseños, geometrías,composiciones y capacidades multifuncionales, por abordaje biológico, la administración de fármacos, detección, tratamiento de imágenes, aplicaciones medioambientales, etc.

Además, la técnica fototérmica descrito aquí es muy adecuado para caracterizar las propiedades plasmónica de diferentes materiales, como temperatura de la masa y mediciones de masa son relativamente fáciles de llevar a cabo usando un equipo fácilmente disponible. La facilidad de preparación de la muestra y la medición es una clara ventaja sobre otras técnicas / aplicaciones plasmónicas. Por ejemplo, técnicas tales como espectroscopia de Raman de superficie mayor y LSPR de detección son muy sensibles a la preparación de tanto el sustrato como el objetivo, 20,21 lo que hace que la repetibilidad y la comparación entre muestras más difíciles. Una posible desventaja de las mediciones fototérmica descritas anteriormente es que la temperatura se mide en la escala mayor y no en la superficie de la nanopartícula en el que se transduce el calor. Hay termometría técnicas que pueden proporcionar esta información de la temperatura local, 22-24 pero eso requiere de preparación de muestras más complicado, haciéndolos más difícil de implementar. Finalmente, las mediciones descritas aquí fácilmente podrían combinarse con otras técnicas (por ejemplo, degradación fotocatalítica) 9 para evaluar los efectos fototérmicos en diferentes procesos.

En resumen, hemos descrito la síntesis de híbridos Fe 2 O 3 -Au nanopartículas de soluciones y su caracterización fototérmica. Incluso con una concentración 20 × menor de Au, estos Fe 2 O 3 -au nanopartículas son capaces de photothermally soluciones acuosas de calor tan eficientemente como AuNPs, lo que demuestra las ventajas de los materiales híbridos. Además, las estructuras híbridas retienen las propiedades de ambos materiales, creando una estructura de múltiples funciones con propiedades magnéticas y plasmónicas. Tales estructuras son interesantes para aplicaciones biomédicas,8 pero muchos usos adicionales pueden ser previstos.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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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