JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Çok fonksiyonlu Hibrid Fe<sub> 2</sub> O<sub> 3</sub> Verimli plasmonik Isıtma -Au Nanoparçacıklar

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

Koloidal altın nanospherical parçacıkları üretimi için en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, nötr altın Au chloroauric asit (HAuCl 4) indirgenmesini kapsar (0), örneğin sodyum sitrat ya da sodyum borohidrit gibi maddeleri elde edilebilmektedir. Bu yöntemin uzantısı fonksiyonlu karma Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller basit oluşturmak için altın nanopartiküller ile demir oksit veya benzeri nanopartiküller süslemek için. Bu yaklaşım Fe 2 O 3 üzerine Au nanoparçacık boyutları ve yükleme üzerinde oldukça iyi kontrol verir. Buna ek olarak, Au metal boyut, şekil, ve yükleme kolay deney parametreleri (örneğin, tepki veren madde konsantrasyonlarının, indirgeyici maddeler, yüzey aktif maddeler, vs) değiştirilerek ayarlanabilir. Bu prosedürün avantajı, reaksiyon hava veya su içinde yapılabilir, ve prensip olarak, ölçeklendirme için uygun olan olmasıdır. Hyperther böyle optik tunable kullanımı Fe 2 O 3 -Au nanopartiküllero VIS-NIR bölgede güçlü ışığı emer ayarlı altın nanopartiküller plasmonik ısıtma istifade olarak mia çalışmaları çekici bir seçenektir. Bunu plasmonik etkilerine ek olarak, nano ölçekli Au ilginç kimyaları ve kataliz için benzersiz bir yüzey sağlar. Fe 2 O 3 madde nedeniyle manyetik özelliği ek işlevsellik sağlar. Örneğin, harici bir manyetik alan 2 O 3 -Au nanopartiküller katalitik deney sonrasında melez Fe toplamak ve geri dönüşüm için kullanılan olabilir, veya alternatif olarak, manyetik Fe 2 O 3 manyetik ısı indüksiyon yoluyla hipertermi çalışmaları için de kullanılabilir. zaman fonksiyonları sırasıyla kızılötesi ısıl ve bir denge kullanarak bu raporda açıklanan fototermal deneyi toplu sıcaklık değişimi ve nanoparçacık çözüm kütle kaybı ölçer. Numune hazırlama kolaylığı ve hazır ekipman kullanımı, bu tekniğin belirgin avantajlarıdır. Bir uyarı thBu foto termal ölçümlerde yığın solüsyonu sıcaklığı olup, ısı transdüse edilir nanopartikül yüzey değerlendirmek ve sıcaklık daha yüksek olması muhtemeldir.

Introduction

Antik dikroik cam kullanımları ile başlayarak, 1 altın nanopartiküller (AuNPs) sık sık yeni teknolojilerin geliştirilmesine katkıda bulunmuştur. Bu teknolojiler 2,3 Daha modern örnekler algılayabilir ve kanser tedavisinde her iki gizleme cihazlar ve parçacıkları bulunmaktadır. 4,5 AuNPs pek çok kayda değer özelliklere sahip, ancak bunlar arasında en önemlisi yoğun ve son derece sınırlı elektromanyetik alanlar oluşturarak, kolektif salınımlar içine zaman olay elektromanyetik radyasyon rezonant sürücüler serbest elektron meydana lokalize yüzey plasmon rezonanslar (LSPRs), varlığıdır. 6 ilgi çekici bir yönü LSPRs onlar ayarlanabilir olmasıdır. Bu rezonans enerji AuNPs şekil ve boyutunu değiştirerek ya da çevre ortamının kırılma indeksi değiştirilerek ayarlanabilir vardır. Genel olarak bir başka AuNPs malı ve altın, nispeten pahalı olmasıdır. Bu altın daha çekici hale olsa dalüks bakış açısı, teknolojik uygulamalar için, bu bir dezavantaj ve genel kullanım için bir engel olabilir. Bu sorunun iki olası çözümler altın gibi benzer özellikler gösteren daha az pahalı alternatif malzeme arayan veya benzer özelliklere ancak değerli metal küçük miktarlarda olan bir kompozit malzeme oluşturmak için başka bir malzeme ile altın birleştirmek için bir yol buluyor. Iki veya daha fazla malzemenin fiziksel özelliklere sahip olan bir çok fonksiyonlu hibrid nano yapısını oluşturma imkanı sağlar olarak ikinci çözelti, belki de daha ilginçtir. 7

Bu yaygın olarak mevcuttur, ucuz ve toksik olmayan, çünkü demir (III) oksit, Fe 2 O 3, böyle bir karışımın bir bileşeni için mükemmel bir adaydır. Ayrıca, maghemit faz, γ-Fe 2 O 3, ferrimagnetic ve hematit faz, α-Fe 2 O 3, zayıf ferromanyetik olduğunu. Bu nedenle, kombinasyonFe 2 O 3 altın potansiyel plasmonik özellikleri sergileyen ve aynı zamanda dış manyetik alanların etkileşim, henüz belirgin saf altın daha az pahalı nanopartiküller elde olabilir. Böyle bir hibrid nanoyapı ilginç gerçek dünya uygulamaları bulabiliriz. Au kısım lokal olayı dönüştürür Örneğin, Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller, 2 O 3 fonksiyon bir MRI kontrast madde olarak, Fe manyetik rezonans görüntüleme ve fototermal tedavisi. 8 Bu durumda aracılığıyla hem kanser tanı ve tedavisi için yararlı olduğu kanıtlanmıştır Işık LSPR sırasında emilen elektromanyetik enerji dağılımı yoluyla ısı. Buna ek olarak, Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller görünür ışık aydınlatma altında CO 2'ye CO katalitik dönüşüm plasmonik artış ortaya koymaktadır, ve bu yapılar da fototermal güneş enerjisi dönüşümü için kullanılabilir. 9,10

Thiraporu, basit bir ıslak kimyasal yöntemi kullanılarak Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller sentezini açıklar. Melez yapı daha küçük AuNPs ile dekore edilmiş bir Fe 2 O 3 çekirdekten oluşur. Önemli olarak, Fe 2 elde O 3 -Au nanopartiküller çeşitli uygulamalar için yararlı olabilecek bir çok fonksiyonlu bir tanecik yarattığım oluşturucu malzemeleri, hem manyetik hem de plasmonik özelliklerini muhafaza etmektedir. bu melez nanopartiküllerin plasmonik kullanımlarını daha fazla açıklamak için, bir lazer ısıtma sistemi kullanılarak nanopartiküllerin fototermal karakterizasyonu de tarif edilmektedir. Fototermal ölçümleri Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller da soy metal önemli ölçüde daha küçük bir konsantrasyon ile saf AuNPs olduğunca verimli bir şekilde sulu çözeltiler ısı mümkün melez olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar, maliyetleri düşürmek ve daha functionalit elde etmek için bileşim veya hibrid malzemeler kullanılarak yöntemi doğrulamakY.

Protocol

1. Nanomalzemeler Sentez Protokolü 25 mM Fe 2 bir stok çözeltisi O 3 hazırlayın. Not: Aksi belirtilmedikçe tüm stok çözeltileri, deiyonize su kullanılarak hazırlanırlar. 25 ml'lik bir konik şişe al. 10 ml deiyonize edilmiş (Di) su ve bir karıştırma çubuğu ilave edin ve bir ısıtma bloğu üzerine yerleştirin. Bu şişeye Fe 2 O 3 stok solüsyonu (25 mM), 100 ul ekle. yaklaşık olarak 5 dakika boyunca karıştırılarak çözelti ısıtın. 10 ml su, sodyum sitrat 0.1 g çözülmesiyle 10 ml% 1 sodyum sitrat hazırlayın. Fe 2 O 3 sulu çözelti içeren 25 ml'lik bir şişeye,% 1 sodyum sitrat çözeltisi 1 ml. Çıban (100 ° C) çözüm getirin. 0.01 M chloroauric asit 250 ul ekle. 10 dakika boyunca 100 ° C'da, çözelti ısıtma devam edin. Birkaç dakika (2-3 dakika) sonra, çözelti, kırmızı / kahverengi indica dönerAu nanopartiküller üretilmektedir ting. ısıtma bloğundan çözüm çıkarın ve RT (yaklaşık 20 ° C) (1-2 saat) serinlemek için bekleyin. 4.700 x g'de 7 dakika boyunca santrifüj ile saflaştınlır örnekleri. santrifüj örneklerden süpernatantı. 10 ml'ye kadar DI su içinde santrifüj nano-tanecikleri, yeniden dağıtılır. 2. Nanopartiküller Karakterizasyonu SEM / EDX karakterizasyonu: Bir bakır ızgara üzerinde santrifüj nanopartiküllerin 1-2 ul yerleştirin ve 1 saat kurumasını bekleyin. Temiz bir kapta örnek yerleştirin ve karakterizasyonu için SEM / EDX götürün. 11,12 UV-Vis karakterizasyonu: UV-Vis açın ve 10-15 dakika ısınmasını bekleyin. Bir referans DI su spektrumu kaydedin. Bir metakrilat küvet içinde nanopartikül en sulu çözelti 1 ml yerleştirin1000 nm – ve = 300 UV-Vis spektrumları dalgaboyu l üzerinde kayıt. ~ 1.2 daha az maksimum absorbans tutarak sinyal doygunluğu kaçının. gözlenen maksimum absorbans büyükse, numune seyreltilmesi veya daha kısa bir yol uzunluğu küvet kullanarak pik yüksekliği azaltmak. Not: Au Yüzey plazmon bandı (λ 525 nm ≈) kolayca dikkat edilmelidir. manyetik manipülasyon metakrilat küvetlerde plasmonik / manyetik nano kırmızı / kahverengi sulu örneklerin 3 ml yerleştirin. küvetin yakın bir ticari olarak satın alınan mıknatıs (~ 100 Gauss) yerleştirin. Not: Birkaç dakika içinde, tüm manyetik / plasmonik nanopartiküller mıknatıs yerleştirilen metakrilat küvet tarafına "bağlı" dır. Çözüm Au Fe 2 tevdi sonra bile nanopartiküller manyetik özelliklerini muhafaza ettiğini belirten renksiz kahverengi döndü </sub> O 3 yüzey. İndaktif Plazma Kütle Spektrometre (ICP-MS) analizi. 13 Bu analizde nanoparçacık çözümleri sulu örnekleri kullanın. Özet önce% 2 nitrik asit, 10 ml lik bir son hacme sahip tüpler tüm örnekleri aktarılarak Kütle analizi deneyler için iyonik formda bunları dönüştürmek için nitrik asit içinde nanopartikül örnekleri arıtıldı. sindirim gerçekleşmesi için 30 dakika bekleyin. Bunlar analit (örneğin, Au, Fe), bilinen yoğunluklarda bir kalibrasyon eğrisi oluşturmak. 10 ppb Rh ve In içeren ve iç standart solüsyonu ile başak örnekleri, üreticinin talimatlarına uygun olarak, ICP-MS yarı-kantitatif modunda analiz eder. Bu teknik, bir NIST takip çok elemanlı standart analiz (10 ppb olarak 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ve u) gerektirir. intensiti ile standardı için belirlenen yoğunluklarının karşılaştırılmasıDiğer örnekler için es seçilen elemanlar için yaklaşık konsantrasyonlar elde edilir. Plazma ve enstrüman sürüklenir hesaba katılması için, tüm numuneler tüm örneklerin eklendi yılında 10 ppb konsantrasyonu en az olmalıdır. Aşağıdaki adımları uygulayarak hazırlanan çözümler için ilgi analitlerin element konsantrasyonunu belirlemek: Çok elemanlı standart bir başlangıç ​​kalibrasyonu doğrulama örnek (içinde 10 ppb ve 75 ppb, Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ve u) uygulayın. iyonu giderilmiş su başlangıç ​​kalibrasyonu boş gerçekleştirin. ilgi iki örnek üzerinde ICP-MS analiz gerçekleştirin. Kalibrasyon doğrulama örnek multi-element standart (In 10 ppb ve 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, ve U) performans devam edin. deiyonize su kalibrasyon boş devam edin. Not: satıcı özelliklerine göre, ICP-MS ölçümleri% 20 belirsizlik var. Nano malzeme laboratuvar çalışması af altında yapıldıume kaput. Kaput kanat çene seviyesinin üzerinde ise KKE (laboratuvar önlüğü, önlük, ince mil nitril arızi temas eldiven ve gözlük) ve bir yüz kalkanı kullanılmalıdır. nano malzemeler ile çalışırken Asgari KKE gerekli; nanomalzemeleri işlerken tek kullanımlık laboratuvar önlüğü, yan siperleri olan tesadüfi temas ve koruyucu gözlük için ince mil nitril eldiven laboratuvarda yıpranmış olacaktır. Nano malzeme taşıyan atık düzenli çöp veya boşa koymak edilmeyecektir. 3. Lazer Isıtma Deneyi lazer güç kaynağı ve denge açın. Not: Bu deneyde (λ = 532 nm) 'de kullanılan lazer dalga boyu mümkün olduğu kadar yakın lspr emme zirve eşleşecek şekilde seçilir. Bununla birlikte, fototermal etkiler nanopartiküller absorbans ile üst üste bir dalga boyu kullanılarak indüklenebilir. rezonans üzerindeki ışıklı zaman ısıtma verimi sadece büyüktür. onlar d böylece denge pencereleri yerleştirino lazer yolunu tıkayabilir ya da kızılötesi (IR) ısıl bloke. IR termokupl temassız sıcaklık probları ve ölçümü net bir görüş hattına sahip olmalıdır yüzey. Şekil 1 deney düzeneği şematik gösterir. IR termokupl koruyucu kılıfı çıkarın. , Ölçüm adlandırma, veri toplama yazılım programını açın ve çalıştırın "ısınma". özel yazılım programı, zamanın bir fonksiyonu olarak denge ve termokupl direnç değerlerini toplar ve program çalışırken bir veri dosyasına bu değerleri kaydeder. Sistem ısınmak için izin vermek için en az 20 dakika süreyle ölçüm çalıştırın. Sistem ısınırken, bir metakrilat küvet içinde istenen çözümün uygun miktarda (3 ml) pipetleme örnek hazırlamak. Burada kullanılan miktarlar, standart küvetler için çözelti 3 mi, ve yarı-mikro küvetlerin 1 ml'dir. düşük taşları için lazer gücünü ayarlamaBurada kullanılan lazer sistemi için 1.5 A bir zorlukla görünür ışın üretir ing. Lazer ışını nokta engelsiz ve IR termokupl odak noktasında kalır emin olmak için kontrol edin. küvetinin yan termokupl ve lazer ışını noktasının IR ölçüm kirişine dik olan çözeltinin merkezine çarpacak şekilde bir denge koluna örnek yerleştirin. kiriş artık görünür oluncaya kadar lazer gücünü azaltın, ama güç kaynağını kapatmayın. 20 dakika sonra ısınma tamamlanır. Yazılımın dışında ölçüm programı ve çıkış durdurun. dengeyi yeniden sıfır. Veri toplama yazılım programını açın çalıştırmak tıklatın ve sonra veri dosyası için bir ad oluşturun. Deney dosyasını adlandırma ve tıkladıktan sonra çalışacaktır "Kaydet." Kesin deneysel rutin istenen bilgilere bağlıdır, ancak bir örnek rutin burada sağlanır. Veri toplama başlatın. 120 saniye sonra, l açmakİstediğiniz ayara (a ~ 20 mikron spot içine odaklanmış bu deneylerde, 1.2 W 3.8 x 10 5 W / cm 2 ~ ile gelir) için aser güç. Daha sonra minimum ayara lazer gücü ayarlamak ve lazer güç kaynağını kapatın, başka 1.000 saniye veri toplamak. ölçüm kesilmeden önce başka bir 1.000 sn veri toplamaya devam. Deneysel rutin tamamlandıktan sonra, program dışına çıkmak, her şeyi kapatın ve yeniden kapak tüm ekipman. Bir ASCII formatında ve daha fazla sürecinde deneysel verileri kaydetmek ve ek yazılım kullanarak analiz eder.

Representative Results

Malzeme kompozisyon hibrit malzemeler için önemli bir husustur. Enerji dağılımlı X-ışını analizi (EDX) ve İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometre (ICP-MS) bu bilgiyi sağlayabilir. ICP-MS ilgi unsurları ile ilgili doğru ve kantitatif bilgiyi sağlar iken EDX analizleri yarı nicel verilerin (Şekil 2) sağlar. Hibrid Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller ρFe = 150 ppb ve ρAu = 49 ppb Fe ve Au konsantrasyonlarına sahip olduğu bulunmuştur. Buna karşılık, fototermal ısıtma için bir kontrol olarak kullanılan saf Au nanopartiküller, ρAu = 1.100 ppb çok daha yüksek Au konsantrasyonları. SEM analizi (Şekil 3), yuvarlak, düzensiz partiküllerinin büyük parçaları gösteren daha küçük, daha parlak bir fonksiyonalize görünür olduğu Fe 2 O 3 -Au nanopartiküllerin morfolojisini gösterir,ve nanopartiküller yuvarlanır. Daha küçük, daha parlak nanopartiküller Au olarak tespit ederken büyük nanopartiküller, Fe 2 O 3 olarak tanımlanır. Morfoloji Bu tür genellikle "dekore" nanopartiküller olarak adlandırılır. 14 Bu durumda, destekleme parçacığın yüzeyi, Fe 2 O 3, küçük, izole Au nanopartiküller ile bezenmiştir. Nanopartiküllerin istatistiksel analizi Fe 2 O 3 nanopartiküller D ortalama çapı = 40 ± 10 nm olduğunu ortaya koymaktadır. işlevselleştirilmesi Au nanopartiküller = d, 20 ± 20 nm boyutları daha geniş bir yelpazesi var. Dinamik ışık saçılımı (DLS) ölçümleri toplama davranışını ölçmek olabilir ve bu bulunduğunu Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller dh = 61 nm (% 13) nüfus kutuları ile dh = 243 nm ortalama hidrodinamik yarıçapına sahip hibrid ve dh = 310 nm (% 87). Buna ek olarak, zeta potansiyeli sınırlamaya yardımcı olabilir = -16 mV, ζ bulunmuşturtoplama davranışı. Melezin UV-Vis NIR spektrumu Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller Şekil 4A'da gösterilmiştir. Bir ayrı absorbans zirve dalga boyu λ ≈ 520 nm'de gözlenmiştir ve Fe 2 O 3 fonksiyonalize Au nanoparçacıkların LSPR moduna atfedilir. LSPR dalga boyu içindeki morfolojileri AuNPs için literatür değerleri ile tutarlıdır. 11,12 hibrid yapıların plasmonik davranış, Fe 2 O 3 destekler üzerinde AuNP formasyonu etmektir. Bu, doğrudan yerinde UV-vis spektroskopi ile gözlenebilir. Şekil 4B, UV-Vis absorbans spektrumlandır reaksiyon esnasında çeşitli zamanlarda tepkime maddesi çözeltisi gösterir. Başlangıçta, çözelti içinde dağılmış Fe 2 O 3 nanopartiküller atfedilen bazı hafif görünür ışık absorbans vardır. Reaksiyon ilerledikçe, Abso rbance artar ve 1.5 dakika, bir pik Reaksiyon ilerledikçe daha iyi tanımlanmıştır hale geldiği, oluşmaya başlar. Bu maksimum nokta, lspr emilimden sonuçları ve Fe 2 O 3 destek yüzeyi üzerinde AuNPs ve çökelme oluşumu ile uyumludur. Fe 2 O 3 -Au nanopartiküllerin manyetik davranışı kolaylıkla harici manyetik alan ile manipülasyon yoluyla görülmektedir. Başlangıçta, Fe 2 O 3 -Au çözelti kahverengi bir renk (Şekil 5B) sahiptir. Manyetik hibrid nanopartiküllerin tamamı alan (Şekil 5C) ile toplanır Ancak, bir dış manyetik alanda çözeltisi yerleştirdikten sonra, çözelti yavaş yavaş bir kaç dakika içinde açık bir döner. Manyetik toplama ters çevrilebilir, ve Şekiller 5D ve 5E'de gösterildiği gibi çok fonksiyonlu nanopartiküller, çözelti ajite tarafından yeniden dağıtılabilir. 1 "> Fototermal ısıtma ölçümleri hibrid için zamanın bir fonksiyonu Fe 2 O 3 -Au nanopartikülleri AuNPs ve saf deiyonize su (DI H2 gibi ışınlanan çözelti içinde toplu sıcaklık değişimi grafik olarak gösteren Şekil 6A, DT gösterilmektedir O). Fe 2 O 3 -Au Au nanopartiküller, açıkça. sıcaklıklar fazla 40 ° C artış ile tip çok verimli bir şekilde ısıya ışık transdüse mümkün iki nanopartiküllerin plasmonik absorbans hemen hemen aynı sıcaklık profili gösterirler, ama yukarıda ele alındığı gibi Fe 2 o 3 -Au, Au oldukça düşük bir konsantrasyonu ile yaparlar. diğer taraftan, DI H2O deney nanopartikül Çözeltilerin sıcaklık artışı, sadece olduğunu göstermektedir sıcaklığında hiçbir değişiklik gösterir nedeniyle nanopartiküller emilen elektromanyetik enerjinin yayılımı için. Şekil 6A DT toplu değişim sıcaklık açıklarışınlanmış bölgesinde ve nanopartikül yüzeylerin yakın, E ve sıcaklık çok daha yüksek olabilir. 13 çözeltisi Δm, bu buhar üretimi ortaya çıkar kütlesinde bir değişiklik, bu yüksek sıcaklıklarda bir göstergesidir. Şekil 6B, için zamana karşı Δm araziler melez Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller ve DI H2O için nanoparçacık çözüm Δm önemli oranda buhar üretmek için yeterli yüksek yüzey sıcaklıkları gösteren, arka plan buharlaşma oranı çok daha büyüktür. Lazer ısıtma kurulum 1. şematik gösterimi. Bir küvet yukarıdan bir lazer ışını ile bir mikrogram ölçeğinde yerleştirilir ve yanar. İki IR termokupl sırasıyla küvete ve ortam sıcaklığını ölçmek. Tüm ölçümler veri collecti senkronize ve kaydedilirprogram. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Melez Şekil 2. Örnek EDX spektrumu Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller. Yatay koordinat ekseni enerji ile karşılık gelen ve ordinat ekseni, sayı sayısına karşılık gelir. Peaks ilgili elemanı ile etiketlenmiş. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Melez Şekil 3. SEM görüntüsü Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller. Larg er, koyu bölgeler Fe 2 O küçük parlak Au nanopartiküller ile dekore edilmiştir 3 parçacıklar vardır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 4. Optik özellikler. (A) UV-Vis absorbans spektrumları melez Fe 2 O 3 geniş görünür ışık absorbansı ve 530 nm yakın Au nanopartiküller atfedilen plasmonik zirve gösteren Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller. (B) UV-Vis absorbans spektrumlandır solüsyonda Fe 2 O 3 nano partiküller AuNP formasyonu kaynaklanan lspr emilmesini gösteren reaksiyon esnasında çeşitli zamanlarda reaktan çözeltisi arasında..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 5. Manyetik Özellikler Au-Fe 2 O 3 nanopartiküllerin Fotoğraf.; Sulu çözelti içinde dağılmış (A); (B) manyetik manipülasyon (zaman = 0 sn); (C), bir manyetik düzenleme (zaman = 2 dakika); (D) mıknatıs çıkarıldı; (E) Au-Fe kolayca sulu çözelti yeniden dağınık olabilir gösteren manyetik manipülasyon aşağıdaki 2 O 3 nanopartiküller. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg" /> Şekil 6. Fototermal deneyleri. Çözelti sıcaklığı, DT ve (b) kütle kaybı Δm (A) değişimini gösteren grafikleri, zaman fonksiyonu olarak. Lazer aydınlatma altında, nanopartiküller (siyah ve kırmızı eğrileri) aynı koşullar altında saf DI H2O (mavi eğri) için ortaya çıkan bu önemli ölçüde daha büyük olan büyükçe sıcaklık gradyanını ve Δm değerler üretmek. Bu rakamın büyük halini görmek için tıklayınız .

Discussion

o VIS-NIR bölgede güçlü ışığı emer ayarlı altın nanopartiküller plasmonik ısıtma istifade olarak hipertermi çalışmaları için optik ayarlanabilir altın nanopartiküller kullanımı cazip bir seçenektir. Burada açıklanan plasmonik ısıtma çalışmaları laboratuar hazırlanmış ve ticari olarak temin edilebilen demir oksit altın hibrid nanomalzemeleri kullanılarak incelendi. Koloidal altın nanospherical parçacıkları üretimi için en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, nötr altın chloroauric asit indirgenmesini (HAuCl 4) şunları içerir: Au (0), örneğin sodyum sitrat, sodyum borohidrid, vs. 15,16 sentezi gibi indirgeyici maddeler ile demir oksit nano altın nanopartiküller basittir. Kolayca, vb deney parametreleri, reaktanlar konsantrasyonları, indirgeyici maddeler, yüzey aktif maddeler, değiştirerek Au metal boyut, şekil ve yükleme kontrol edebilecek 17 Bu yaklaşım, Au nanoparticl üzerinde iyi kontrol elde edilirFe 2 O 3 üzerine e boyutları ve düzgün nanoparçacık yükleme. Diğer soy metaller, aynı zamanda, ilke olarak, ölçeklendirme için uygun olan, bu prosedürün 18 belirgin bir avantajı, reaksiyon prosedürü hava veya su içinde yapılabilir olmasıdır. Ag, Pt ve Pd dahil olmak üzere bu prosedür ile hazırlandı ve yapılabilir. Bu malzemeler, özel olarak sentezlenmiş malzeme ve prosedürlerin daha hazır ve daha ekonomik olduğu için ticari nanomalzemeleri ve / veya ölçeklenebilir-ıslak kimyasal prosedürleri kullanılarak büyük ölçekli tedavi uygulamaları veya biyolojik uygulamalar için idealdir. Bu metalik nano yüzey modifikasyonları bilim dünyasında ilgi de vardır. Organik (yüzey aktif maddeler, çift fonksiyonlu tioller, polimerler, amino asitler, proteinler, DNA) ve inorganik maddelerden (silis, diğer metaller, metal oksitler, vs.) 19 ayrıca çeşitli sahip nanokompozit materyalleri oluşturmak için, bu yüzeyler üzerine yüklendi ve fonksiyonalize edilebilir bir sayı tasarımlar, geometri,Biyolojik hedefleme, ilaç dağıtımı, algılama, görüntüleme, çevre uygulamaları, vb bileşimler ve çok fonksiyonlu yetenekleri,

Yığın sıcaklığı ve kütle ölçümleri halihazırda mevcut olan teçhizat ile gerçekleştirmek için nispeten kolay Buna ek olarak, burada açıklanan fototermal tekniği, farklı malzemelerin plasmonik özelliklerini karakterize etmek için çok uygundur. numune hazırlama ve ölçüm kolaylığı diğer plasmonik teknikler / uygulamalar üzerinde ayrı bir avantaj. Örneğin, algılama yüzey aktif Raman spektroskopisi ve LSPR gibi teknikler tekrarlanabilirlik ve daha zorlu numuneler üzerinde karşılaştırma yapar substrat ve hedefin hem hazırlanmasında, 20,21 oldukça duyarlıdır. Yukarıda tarif edilen fototermal ölçümlerine olası bir dezavantajı, ısı yığın ölçeğinde olup, ısı transdüse edilir nanopartikül yüzeyi üzerinde ölçülür olmasıdır. Termo vardırBu yerel sıcaklık bilgileri, 22-24 sağlamak ancak bu onları daha zorlu uygulamak için yapım, daha karmaşık örnek hazırlama gerektirir metry teknikleri. Son olarak, burada tarif edilen ölçümler kolayca farklı süreçleri fototermal etkilerinin değerlendirilmesi için diğer teknikler (örneğin, fotokatalitik bozulması) 9 ile kombine edilebilir.

Özetle, biz Fe 2 O 3 -Au çözümleri ve bunların fototermal karakterizasyonu nanopartiküller hibrid sentezini tarif etmişlerdir. Hatta Au 20 × küçük bir konsantrasyon ile, bu Fe 2 O 3 -Au nanopartiküller hibrit malzemelerin avantajlarını gösteren, AuNPs olduğunca verimli ısı sulu çözeltileri photothermally edebiliyoruz. Bundan başka, hibrid yapıların manyetik ve plasmonik özelliklere sahip olan bir çok fonksiyonlu bir yapı oluşturmak, hem de malzemelerin özelliklerini korurlar. Bu tür yapılar, biyomedikal uygulamalar için ilgi çekici8 ancak birçok ek kullanım tasavvur edilebilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışmanın maddi destek Enerji DOE- Laboratuvarı Yönetmen Araştırma ve Geliştirme (LDRD) Stratejik Girişimi Programı Bölümü tarafından sağlanmıştır. Bizim deneyler bize yardımcı olmak için kendi zaman ve uzmanlık sağlamak için Bay Henry Sessions ve Bay Charles Shick teşekkür ederim.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Barber, D., Freestone, I. An investigation of the origin of the colour of the Lycurgus Cup by analytical transmission electron microscopy. Archaeometry. 32 (1), 33-45 (1990).
  2. Ozbay, E. Plasmonics: merging photonics and electronics at nanoscale dimensions. Science. 311 (5758), 189-193 (2006).
  3. Murphy, C. J., et al. Anisotropic metal nanoparticles: synthesis, assembly, and optical applications. J. Phys. Chem. B. 109 (29), 13857-13870 (2005).
  4. Luo, Y. L., Shiao, Y. S., Huang, Y. F. Release of photoactivatable drugs from plasmonic nanoparticles for targeted cancer therapy. ACS Nano. 5 (10), 7796-7804 (2011).
  5. Murph, S. E. H., et al. Manganese-gold nanoparticles as an MRI positive contrast agent in mesenchymal stem cell labeling. J. Nanopart. Res. 14 (4), 1-13 (2012).
  6. Maier, S. A. . Plasmonics: fundamentals and applications: fundamentals and applications. , (2007).
  7. Bigall, N. C., Parak, W. J., Dorfs, D. Fluorescent magnetic and plasmonic-Hybrid multifunctional colloidal nano objects. Nano Today. 7 (4), 282-296 (2012).
  8. Larson, T. A., Bankson, J., Aaron, J., Sokolov, K. Hybrid plasmonic magnetic nanoparticles as molecular specific agents for MRI/optical imaging and photothermal therapy of cancer cells. Nanotechnology. 18 (32), 325101 (2007).
  9. Hung, W. H., Aykol, M., Valley, D., Hou, W., Cronin, S. B. Plasmon resonant enhancement of carbon monoxide catalysis. Nano Lett. 10 (4), 1314-1318 (2010).
  10. Neumann, O., et al. Solar vapor generation enabled by nanoparticles. Acs Nano. 7 (1), 42-49 (2012).
  11. Szirmae, A., Fisher, R. . Techniques of Electron Microscopy, Diffraction, and Microprobe Analysis. 372, (1963).
  12. Goldstein, J., et al. . Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis: a text for biologists, materials scientists, and geologists. , (2012).
  13. Kennedy, J. F., Xu, L. Practical guide to ICP-MS, Robert Thomas. Marcel Dekker, INC, New York, USA (2004). Carbohydr. Polym. 62 (4), 393 (2005).
  14. Georgakilas, V., et al. Decorating carbon nanotubes with metal or semiconductor nanoparticles. J. Mater. Chem. 17 (26), 2679-2694 (2007).
  15. Murph, S. E. H., et al. Tuning of size and shape of Au-Pt nanocatalysts for direct methanol fuel cells. J. Nanopart. Res. 13 (12), 6347-6364 (2011).
  16. Unrine, J. M., et al. Evidence for bioavailability of Au nanoparticles from soil and biodistribution within earthworms (Eisenia fetida). Environ. Sci. Technol. 44 (21), 8308-8313 (2010).
  17. Hunyadi Murph, S. E., et al. . ACS Symp. Ser. , 127-163 (2011).
  18. Murph, S., Murphy, C. J., Leach, A., Gall, K. A Possible Oriented Attachment Growth Mechanism for Silver Nanowire Formation. Cryst Growth Des. , (2015).
  19. Hunyadi Murph, S. E., Heroux, K., Turick, C., Thomas, D. . Applications of Nanomaterials. Vol. 4 Nanomaterials and Nanostructures, (2012).
  20. Murphy, C. J., et al. Chemical sensing and imaging with metallic nanorods. Chem. Comm. (5), 544-557 (2008).
  21. Shanmukh, S., et al. Rapid and sensitive detection of respiratory virus molecular signatures using a silver nanorod array SERS substrate. Nano Lett. 6 (11), 2630-2636 (2006).
  22. Jaque, D., Vetrone, F. Luminescence nanothermometry. Nanoscale. 4 (15), 4301-4326 (2012).
  23. Ebrahimi, S., Akhlaghi, Y., Kompany-Zareh, M., Rinnan, &. #. 1. 9. 7. ;. Nucleic acid based fluorescent nanothermometers. ACS Nano. 8 (10), 10372-10382 (2014).
  24. Dias, J. T., et al. DNA as a molecular local thermal probe for the analysis of magnetic hyperthermia. Angew. Chem. 125 (44), 11740-11743 (2013).

Tags

Fe2O3-Au NanoparticlesPlasmonic HeatingPhotothermalBiomedical ImagingAnalytic ProcessingMagnetic SensingIron OxideGold NanoparticlesWet Chemical SynthesisSodium CitrateChloroauric AcidCentrifugationCharacterizationLaserIR Thermocouples

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image