Name: multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating
Uploaded: 2016-02-20T16:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
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Il sostegno finanziario di questo lavoro è stato fornito dal Dipartimento per l&#39;energia DOE- laboratorio diretto Research &amp; Development (LDRD) Strategic Initiative programma. Ringraziamo Mr. Henry Sessions, e il signor Charles Shick per fornire il loro tempo e le competenze per aiutarci con i nostri esperimenti.

1. Nanomateriali di sintesi protocollo <ol><li> Preparare una soluzione stock di Fe 2 O 3 di 25 mm. Nota: Tutte le soluzioni madre sono preparati con acqua deionizzata, salvo diversa indicazione. </li><li> Prendere una beuta da 25 ml. </li><li> Aggiungere 10 ml di acqua deionizzata (DI) e un bar mescolare, e posizionarlo su un blocco di riscaldamento. </li><li> Aggiungere 100 ml di 2 O 3 soluzione madre Fe (25 mm) a questo fiasco. </li><li> Riscaldare la soluzione mescolando per circa 5 minuti. </li><li> Preparare 10 ml 1% sodio citrato sciogliendo 0,1 g di citrato di sodio al 10 ml di acqua. </li><li> Aggiungere 1 ml della soluzione di citrato di sodio 1% al pallone 25 ml contenente la soluzione acquosa Fe 2 O 3. </li><li> Portare la soluzione ad ebollizione (100 ° C). </li><li> Aggiungere 250 ml di acido cloroaurico 0,01 M. </li><li> Continuare riscaldando la soluzione a 100 ° C per 10 min. Dopo alcuni minuti (2-3 minuti), la soluzione diventa di colore rosso indica / brunastroTing che Au nanoparticelle sono prodotte. </li><li> Rimuovere la soluzione dal blocco di riscaldamento e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente (circa 20 ° C) (1-2 ore). </li><li> Purificare i campioni mediante centrifugazione per 7 min a 4.700 × g. </li><li> Rimuovere il surnatante dai campioni centrifugati. </li><li> Re-disperdere le nanoparticelle centrifugati in acqua deionizzata, fino a 10 ml. </li></ol> 2. Le nanoparticelle Caratterizzazione <ol><li> SEM / EDX caratterizzazione: <ol><li> Mettere 1-2 ml di nanoparticelle centrifugati su una griglia di rame e lasciare asciugare per 1 ora. </li><li> Collocare il campione in un contenitore pulito e portarla al SEM / EDX per la caratterizzazione. 11,12 </li></ol></li><li> UV-Vis caratterizzazione: <ol><li> Accendere l&#39;UV-Vis e farlo riscaldare per 10-15 minuti. </li><li> Registrare uno spettro di acqua deionizzata di riferimento. </li><li> Mettere 1 ml di soluzione acquosa della nanoparticella in una cuvetta metacrilatoe registrare l&#39;UV-Vis spettri su lunghezze d&#39;onda λ = 300 - 1.000 nm. </li><li> Evitare la saturazione del segnale mantenendo la massima assorbanza minore di ~ 1,2. Se l&#39;assorbanza massima osservata è maggiore, ridurre l&#39;altezza del picco diluendo il campione o con un breve percorso di lunghezza cuvetta. Nota: plasmonica di superficie banda di Au (λ ≈ 525 nm) è facilmente osservabile. </li></ol></li><li> manipolazione magnetica <ol><li> Mettere 3 ml di campioni di rosso / marrone acquose di nanostrutture magnetiche / plasmonico in cuvette metacrilato. </li><li> Posizionare un magnete acquistabile (~ 100 Gauss) nelle immediate vicinanze della cuvetta. Nota: In pochi minuti, tutte le nanoparticelle magnetiche / plasmoniche sono &quot;attaccati&quot; al lato cuvetta metacrilato in cui è stato posto il magnete. Soluzione trasformato dal marrone al incolore indicando che le nanoparticelle mantenuto le loro proprietà magnetiche anche dopo Au è stato collocato in Fe 2 </sub&gt; O 3 superficie. </li></ol></li><li> Plasma accoppiato induttivamente spettrometria di massa (ICP-MS) analisi. 13 <ol><li> Utilizzare campioni acquosi di soluzioni di nanoparticelle in questa analisi. </li><li> Digest purificato campioni nanoparticelle in acido nitrico per trasformarli a forma ionica prima esperimenti di analisi di massa trasferendo tutti i campioni in provette con un volume finale di 10 ml di acido nitrico al 2%. Lasciare 30 minuti per la digestione di prendere posto. </li><li> Creare una curva di calibrazione con concentrazioni note di analiti di interesse (ad esempio, Au, Fe). </li><li> campioni Spike con una soluzione standard interno contenente 10 ppb Rh e A e analizzare in modo semi-quantitativa della ICP-MS secondo le istruzioni del produttore. Questa tecnica comporta l&#39;analisi di una serie tracciabile NIST multi-elemento (10 ppb in e 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, e U). </li><li> Confrontare le intensità determinati per lo standard con il intensities per gli altri campioni per produrre concentrazioni approssimative elementi selezionati. Per tenere conto di derive plasma e strumenti, tutti i campioni devono avere un minimo di concentrazione di 10 ppb per In che è stato aggiunto a tutti i campioni. </li><li> Determinare la concentrazione elementale degli analiti di interesse per le soluzioni preparate seguendo questi passaggi: <ol><li> Eseguire un campione di convalida calibrazione iniziale dello standard multi-elemento (10 ppb IN e 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, e U). </li><li> Eseguire la taratura iniziale vuoto di acqua deionizzata. </li><li> Effettuare analisi ICP-MS su due campioni di interesse. </li><li> Continuare a eseguire la convalida del campione di calibrazione (10 ppb IN e 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, e U) dello standard multi-elemento. </li><li> Continuare in bianco di taratura di acqua deionizzata. Nota: Secondo le specifiche del fornitore, le misure ICP-MS hanno un&#39;incertezza del 20%. Nanomateriale attività di laboratorio sono state eseguite in afCappuccio ume. DPI (camice, grembiule, sottili guanti di nitrile mil per contatto accidentale, e occhiali) e una maschera per il viso dovrebbero essere usati se cappuccio fascia è sopra il livello del mento. DPI minimo richiesto quando si lavora con materiali su scala nanometrica; camice monouso, sottili guanti di nitrile mil per occhiali di contatto e di sicurezza connessi con protezioni laterali sarà indossato in laboratorio durante la manipolazione dei nanomateriali. Nanomateriale rifiuti cuscinetto non deve essere messo in rifiuti normali o giù per lo scarico. </li></ol></li></ol></li></ol> Esperimento 3. Laser Riscaldamento <ol><li> Accendere l&#39;alimentazione elettrica del laser e l&#39;equilibrio. Nota: La lunghezza d&#39;onda del laser utilizzato in questo esperimento (λ = 532 nm) viene scelto per abbinare l&#39;assorbanza picco LSPR il più fedelmente possibile. Tuttavia, effetti fototermiche può essere indotta utilizzando qualsiasi lunghezza d&#39;onda che si sovrappone con l&#39;assorbimento delle nanoparticelle. L&#39;efficienza di riscaldamento è solo maggiore quando illuminato sulla risonanza. </li><li> Posizionare le finestre di equilibrio in modo che do non ostruire il percorso laser o bloccare le termocoppie infrarossi (IR). Le termocoppie IR sono sonde di temperatura senza contatto e devono avere una chiara linea di vista per la misurazione della superficie. La figura 1 mostra uno schema del setup sperimentale. </li><li> Rimuovere le protezioni dalle termocoppie IR. </li><li> Aprire il programma software di raccolta dati ed eseguire, nominando la misura, &quot;riscaldamento&quot;. Il programma software personalizzato raccoglie i valori di squilibrio e resistenza termocoppia in funzione del tempo, e quando il programma è in esecuzione esso registra questi valori in un file di dati. </li><li> Eseguire la misurazione per almeno 20 minuti per consentire al sistema di riscaldamento. </li><li> Mentre il sistema sta riscaldando, preparare il campione pipettando la quantità appropriata (3 ml) della soluzione desiderata nella cuvetta metacrilato. Gli importi utilizzati qui ci sono 3 ml di soluzione per cuvette standard e 1 ml per cuvette semi-micro. </li><li> Regolare la potenza del laser al sett più bassoing che produce un fascio appena visibile, che è 1,5 A per il sistema laser usato qui. Verificare che lo spot del fascio laser è libera e rimane al punto focale della termocoppia IR. </li><li> Posizionare il campione sul giogo tale che il lato della cuvetta è perpendicolare al raggio di misura IR della termocoppia e lo spot del fascio laser colpisce il centro della soluzione. </li><li> Ridurre la potenza del laser finché il raggio non è più visibile, ma non spegnere l&#39;alimentazione. </li><li> Dopo 20 minuti il ​​warm-up è completa. Arrestare il programma di misurazione e l&#39;uscita dal software. </li><li> Riazzerare la bilancia. Aprire il programma software di raccolta dati, scegliere Esegui e quindi creare un nome per il file di dati. L&#39;esperimento verrà eseguito dopo aver nominato il file e facendo clic su &quot;Salva&quot;. La routine sperimentale esatto dipenderà le informazioni desiderate, ma un modello di routine è fornito qui. <ol><li> Avviare la raccolta dei dati. Dopo 120 secondi, alzare il lpotere Aser di impostazione desiderata (1,2 W per questi esperimenti, che quando è focalizzato in un 20 micron posto ~ corrisponde con ~ 3,8 × 10 5 W / cm 2). Raccogliere i dati per un altro 1.000 secondi, quindi regolare potenza del laser al valore minimo e spegnere alimentazione elettrica del laser. Continuare a raccogliere i dati per altri 1.000 secondi prima di arrestare la misura. </li></ol></li><li> Dopo la routine sperimentale è completa, l&#39;uscita dal programma, girare tutto fuori, e ri-coprire tutte le apparecchiature. Salvare i dati sperimentali in un formato ASCII e ulteriore processo e analizzare utilizzando il software aggiuntivo. </li></ol>

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

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L&#39;uso di nanoparticelle d&#39;oro otticamente sintonizzabili per gli studi di ipertermia è un&#39;opzione interessante in quanto sfrutta il riscaldamento plasmonica di nanoparticelle d&#39;oro sintonizzati per assorbire la luce con forza nella regione VIS-NIR. Gli studi di riscaldamento plasmoniche qui descritti sono stati esaminati utilizzando laboratorio preparate e disponibili in commercio di ferro nanomateriali ossido-oro ibridi. Uno dei metodi più usati per la produzione di particelle di oro colloidale nanospherical comporta la riduzione di acido cloroaurico (HAuCl4) all&#39;oro neutra Au (0) da agenti riducenti, quali sodio citrato, sodio boroidruro, ecc 15,16 La sintesi di le nanoparticelle d&#39;oro su nanoparticelle di ossido di ferro è semplice. Si potrebbe facilmente controllare la dimensione Au metallo, forma e carico modificando parametri sperimentali, ad esempio, le concentrazioni di reagenti, agenti riducenti, tensioattivi, ecc 17 Questo approccio produce un buon controllo Au nanoparticle dimensioni e le nanoparticelle di carico uniforme Onto Fe 2 O 3. Altri metalli nobili possono anche essere preparati mediante questo procedimento, comprese Ag, Pt e Pd. 18 Un vantaggio di questa procedura è che la procedura di reazione può essere eseguita in aria o acqua, e, in linea di principio, è suscettibile di scaling up. Utilizzando nanomateriali commerciali e / o procedimenti chimici scalabili-surf è ideale per applicazioni di trattamento di grandi dimensioni o applicazioni biologiche perché questi materiali sono facilmente disponibili e più economico di materiali e procedure sintetizzati personalizzato. modificazioni superficiali di queste nanostrutture metalliche sono anche di interesse per la comunità scientifica. Un certo numero di organici (tensioattivi, tioli bifunzionali, polimeri, amminoacidi, proteine, DNA) e materiali inorganici (silice, altri metalli, ossidi metallici, ecc) 19 può essere ulteriormente caricate o funzionalizzati su queste superfici per creare materiali nanocompositi con varie disegni, geometrie,composizioni e le capacità multifunzionali, per il targeting biologica, la somministrazione di farmaci, il rilevamento, l&#39;imaging, applicazioni ambientali, etc. Inoltre, la tecnica fototermico qui descritto è particolarmente adatto per caratterizzare le proprietà plasmonica di materiali diversi, come la temperatura alla rinfusa e misure di massa sono relativamente facili da eseguire utilizzando attrezzature facilmente disponibili. La facilità di preparazione del campione e misura è un netto vantaggio rispetto agli altri plasmoniche tecniche / applicazioni. Ad esempio, tecniche come superficie avanzata spettroscopia Raman e LSPR rilevamento sono altamente sensibili alla preparazione sia del substrato e il bersaglio, 20,21 che rende ripetibilità e confronti tra campioni più impegnativi. Una possibile svantaggio di misurazioni fototermiche sopra descritti è che la temperatura è misurata sulla scala rinfusa e non sulla superficie della nanoparticella dove viene trasdotto il calore. Ci sono termotecniche metria in grado di fornire queste informazioni temperatura locale, 22-24 ma questi richiedono la preparazione del campione più complicato, che li rende più difficile da implementare. Infine, le misure descritte qui potrebbero facilmente essere combinati con altre tecniche (ad esempio, di degradazione fotocatalitica) 9 per valutare gli effetti fototermiche su diversi processi. In sintesi, abbiamo descritto la sintesi di ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle soluzioni e la loro caratterizzazione fototermica. Anche con un 20 × minore concentrazione di Au, questi Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle possono fototermico soluzioni acquose di calore nel modo più efficiente AuNPs, dimostrando i vantaggi dei materiali ibridi. Inoltre, le strutture ibride mantengono le proprietà di entrambi i materiali, creando una struttura polifunzionale con proprietà magnetiche e plasmonic. Tali strutture sono interessanti per applicazioni biomediche,8 ma molti usi aggiuntivi possono essere immaginato.

Cominciando con il loro uso nell&#39;antica vetro dicroico, 1 nanoparticelle d&#39;oro (AuNPs) hanno spesso contribuito allo sviluppo di nuove tecnologie. 2,3 più moderni esempi di queste tecnologie includono dispositivi di occultamento e particelle che possono sia individuare e curare il cancro. 4,5 AuNPs hanno molte proprietà notevoli, ma il più notevole fra questi è la presenza di localizzati risonanze plasmonica di superficie (LSPRs), che si verificano quando la radiazione elettromagnetica incidente unità di risonanza libera elettroni in oscillazioni collettive, creazione di campi elettromagnetici intensi ed estremamente ristretti. 6 Un aspetto intrigante di LSPRs è che sono sintonizzabili. Cioè, l&#39;energia di risonanza può essere regolata modificando la forma e le dimensioni delle AuNPs o cambiando l&#39;indice di rifrazione del ambiente circostante. Un&#39;altra proprietà di AuNPs, e oro, in generale, è che sono relativamente costosi. Anche se questo potrebbe rendere l&#39;oro più attraente da unpunto di vista di lusso, per applicazioni tecnologiche, questo è un inconveniente e potrebbe essere un ostacolo per uso generale. Due possibili soluzioni per questo problema sono alla ricerca di materiali alternativi meno costosi che presentano proprietà simili come l&#39;oro, o trovare un modo per combinare oro con un altro materiale per creare un materiale composito con proprietà simili, ma piccole quantità di metallo prezioso. Quest&#39;ultima soluzione è forse più interessante in quanto consente la possibilità di creare una nanostruttura ibrido multifunzionale con le proprietà fisico-chimiche di due o più materiali. 7 Ossido di ferro (III), Fe 2 O 3, è un ottimo candidato per un componente di una tale miscela perché è ampiamente disponibile, poco costoso, e non tossico. Inoltre, la fase maghemite, γ-Fe 2 O 3, è ferrimagnetico, e la fase di ematite, α-Fe 2 O 3, è debolmente ferromagnetico. Pertanto, la combinazione dioro con Fe 2 O 3 potrebbe potenzialmente produrre nanoparticelle che presentano proprietà plasmoniche e anche interagiscono con campi magnetici esterni, ma sono significativamente meno costoso dell&#39;oro puro. Tale nanostruttura ibrida potrebbe trovare interessanti applicazioni del mondo reale. Ad esempio, le nanoparticelle Fe 2 O 3 -Au sono dimostrati utili sia per la diagnosi e il trattamento del cancro attraverso la risonanza magnetica e la terapia fototermica. 8 In questo caso, Fe 2 O 3 funzioni come agente di contrasto per MRI, mentre la porzione Au converte localmente incidente alla luce di calore attraverso la dissipazione di energia elettromagnetica assorbita durante LSPR. Inoltre, Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle hanno dimostrato valorizzazione plasmonica della conversione catalitica del CO in CO 2 sotto illuminazione visibile, e tali strutture potrebbero essere utilizzati anche per fototermica conversione dell&#39;energia solare. 9,10 This relazione descrive la sintesi di Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle utilizzando un semplice metodo chimico a umido. La struttura ibrida costituita da un Fe 2 O 3 nucleo che è decorato con AuNPs piccoli. È importante sottolineare che l&#39;ottenuti Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle mantengono entrambe le proprietà magnetiche e plasmonica dei materiali costituenti, che crea una particella multifunzionale che potrebbe essere utile per una varietà di applicazioni. Per illustrare le applicazioni plasmonica di queste nanoparticelle ibride, fototermico caratterizzazione delle nanoparticelle utilizzando un sistema di riscaldamento laser è anche descritto. Le misurazioni fototermiche dimostrano che l&#39;ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle sono in grado di riscaldare soluzioni acquose nel modo più efficiente AuNPs puri, anche con un significativamente minore concentrazione del metallo nobile. Questi risultati confermano il metodo di utilizzo di compositi o ibridi materiali per ridurre i costi e ottenere una maggiore functionality.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Gold(III) chloride trihydrate&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>520918&amp;nbsp;</td><td>&amp;ge;99.9% trace metals basis</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Iron(III) oxide&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>544884</td><td>nanopowder, &amp;lt;50&amp;nbsp;nm particle size (BET)</td></tr><tr><td>Sodium citrate tribasic dihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4641</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.0%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>S8200</td><td></td></tr><tr><td>TEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>H95000</td><td></td></tr><tr><td>EDX</td><td>Oxford Instruments&amp;nbsp;</td><td>SDD - X-Max</td><td></td></tr><tr><td>DLS</td><td>Brookhaven Instruments</td><td>NanoBrook Omni</td><td></td></tr><tr><td>ICP-MS</td><td>Agilent&amp;nbsp;</td><td>7500s</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis-NIR spectrometer</td><td>Tec5 MultiSpec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser, &amp;lambda; = 532 nm&amp;nbsp;</td><td>Del Mar Photonics</td><td>DMPV-532-1</td><td></td></tr><tr><td>Microgram Balance</td><td>Mettler Toledo&amp;nbsp;</td><td>XP205</td><td></td></tr><tr><td>Infrared Thermocouples</td><td>Omega Engineering</td><td>OS801-HT</td><td></td></tr></tbody></table>

multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating

Uno dei metodi più usati per la produzione di particelle di oro colloidale nanospherical comporta la riduzione di acido cloroaurico (HAuCl4) all&#39;oro neutra Au (0) da agenti, come citrato di sodio o boroidruro di sodio riducente. L&#39;estensione di questo metodo per decorare ossido di ferro o nanoparticelle simili con nanoparticelle d&#39;oro per creare ibrido multifunzionale Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle è semplice. Questo approccio produce abbastanza buono il controllo su dimensioni delle nanoparticelle di Au e carico su Fe 2 O 3. Inoltre, la dimensione Au metallo, forma e carico possono essere facilmente regolati variando parametri sperimentali (ad esempio, le concentrazioni dei reagenti, agenti riducenti, tensioattivi, ecc). Un vantaggio di questa procedura è che la reazione può essere eseguita in aria o acqua, e, in linea di principio, è suscettibile di scaling up. L&#39;uso di tali sintonizzabile otticamente Fe 2 O 3 au nanoparticelle per hypertherstudi MIA è un&#39;opzione attraente in quanto sfrutta il riscaldamento plasmonica di nanoparticelle d&#39;oro sintonizzati per assorbire la luce con forza nella regione VIS-NIR. Oltre ai suoi effetti plasmoniche, nanoscala Au fornisce una superficie unica per chimiche interessanti e la catalisi. La Fe 2 O 3 materiale fornisce funzionalità aggiuntive per la sua proprietà magnetiche. Per esempio, un campo magnetico esterno potrebbe essere utilizzata per raccogliere e riciclare l&#39;ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle dopo un esperimento catalitico, o in alternativa, il Fe magnetica 2 O 3 può essere utilizzato per studi ipertermia attraverso induzione di calore magnetica. L&#39;esperimento fototermico descritto in questo rapporto misura variazione di temperatura di massa e perdita di massa soluzione di nanoparticelle in funzione del tempo di termocoppie infrarossi e un equilibrio, rispettivamente. La facilità di preparazione del campione e l&#39;uso di attrezzature facilmente disponibili sono vantaggi di questa tecnica. Un avvertimento è esimoquesti misurazioni fototermiche valutare la temperatura della soluzione bulk e non la superficie della nanoparticella dove viene trasdotto il calore e la temperatura è probabilmente maggiore.

Composizione del materiale è un fattore importante per materiali ibridi. Dispersione di energia analisi a raggi X (EDX) e plasma accoppiato induttivamente spettrometria di massa (ICP-MS) in grado di fornire queste informazioni. Analisi EDX fornisce i dati semi-quantitativi (Figura 2), mentre ICP-MS fornisce informazioni accurate e quantitative relative agli elementi di interesse. Si è constatato che l&#39;ibrido Fe 2 O 3 au nanoparticelle hanno concentrazioni di Fe e Au di ρFe = 150 ppb e ρAu = 49 ppb. In confronto, le nanoparticelle Au puri, utilizzati come controllo per il riscaldamento fototermica, hanno molto più elevate concentrazioni di Au ρAu = 1.100 ppb. Analisi SEM rivela la morfologia dei Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle (figura 3), mostrando aggregati di particelle arrotondate, irregolari che appaiono funzionalizzato con più piccolo, luminoso,e nanoparticelle arrotondato. Le nanoparticelle più grandi sono identificati come Fe 2 O 3, mentre le nanoparticelle, brillanti più piccoli sono identificati come Au. Questo tipo di morfologia viene spesso indicato come &quot;nanoparticelle&quot; decorati. 14 In questo caso, la superficie della particella di supporto, Fe 2 O 3, è ornato con piccoli, isolato nanoparticelle Au. L&#39;analisi statistica delle nanoparticelle rivela che Fe 2 O 3 nanoparticelle hanno un diametro medio di d = 40 ± 10 nm. I funzionalizzanti Au nanoparticelle hanno una più ampia gamma di formati, con d = 20 ± 20 nm. Dynamic Light Scattering (DLS) misure in grado di quantificare il comportamento di aggregazione, e si è constatato che l&#39;ibrido Fe 2 O 3 au nanoparticelle hanno un raggio medio idrodinamico dh = 243 nm con bidoni di popolazione a dh = 61 nm (13%) e dh = 310 nm (87%). Inoltre, il potenziale zeta si trova a zeta = -16 mV, che potrebbe contribuire a limitare lacomportamento di aggregazione. Lo spettro UV-vis-NIR dell&#39;ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle è mostrato in Figura 4A. Un distinto picco di assorbanza è osservata alla lunghezza d&#39;onda λ ≈ 520 nm, ed è attribuita al modo LSPR delle nanoparticelle Au funzionalizzanti Fe 2 O 3. La lunghezza d&#39;onda del LSPR è coerente con i valori di letteratura per AuNPs con morfologie simili. 11,12 Il comportamento plasmonica delle strutture ibride è dovuto alla formazione AUNP sulle Fe 2 O 3 supporti. Ciò può essere osservato direttamente mediante spettroscopia UV-vis in-situ. La figura 4B mostra la UV-vis assorbanza spettri della soluzione reagente in diversi momenti durante la reazione. Inizialmente, c&#39;è qualche lieve visibile assorbanza della luce attribuito ai Fe 2 O 3 nanoparticelle disperse nella soluzione. Con il procedere della reazione, il Abso<html> aumenta rbance, ed a 1,5 min, un picco comincia a formare, che diventa meglio definita come la reazione prosegue. Questo picco risultati LSPR assorbanza e corrisponde con la formazione di AuNPs e loro deposizione sul supporto Fe 2 O 3. Il comportamento magnetico delle nanoparticelle Fe 2 O 3 -Au viene facilmente osservata attraverso la manipolazione con un campo magnetico esterno. Inizialmente, la soluzione Fe 2 O 3 -Au ha un colore marrone (Figura 5B). Tuttavia, dopo aver posizionato la soluzione in un campo magnetico esterno, la soluzione diventa gradualmente chiaro per diversi minuti come l&#39;insieme delle nanoparticelle magnetiche ibridi vengono raccolti dal campo (Figura 5C). La collezione magnetica è reversibile, e le nanoparticelle multifunzionali possono essere ri-disperso agitando la soluzione, come mostrato nelle figure 5D e 5E. 1 &quot;&gt; misurazioni riscaldamento Photothermal sono mostrati nella Figura 6A, che riporta la variazione di temperatura rinfusa in soluzione irradiata, DT, in funzione del tempo per l&#39;ibrido Fe 2 O 3 -au nanoparticelle, AuNPs, e acqua deionizzata pura (DI H 2 O). La Fe 2 O 3 -Au e Au nanoparticelle presentano un profilo di temperatura quasi identico, con temperature crescenti di oltre 40 ° C. Chiaramente, le assorbanze plasmonica di entrambi i tipi nanoparticelle sono in grado di trasdurre la luce in calore molto efficiente, ma Fe 2 O 3 -Au fanno con un considerevolmente minore concentrazione di Au, come discusso sopra. D&#39;altra parte, il dI H 2 O esperimento mostra alcuna variazione della temperatura, il che dimostra che l&#39;aumento di temperatura nelle soluzioni nanoparticelle esclusivamente a causa della dissipazione di energia elettromagnetica assorbita nelle nanoparticelle. DT nella Figura 6A descrive la modifica bulk temperature, e temperature nella regione irradiata e vicino alle superfici di nanoparticelle possono essere molto più alto. 13 La variazione della massa della soluzione, Δm, che nasce dalla generazione di vapore è un indicatore di queste temperature più elevate. Figura 6B trame Δm funzione del tempo per l&#39;ibrido Fe 2 O 3 au nanoparticelle e per dI H 2 O. Δm per la soluzione delle nanoparticelle è molto maggiore rispetto allo sfondo tasso di evaporazione, indicando temperature superficiali sufficientemente elevati per generare vapore ad una velocità significativa. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> Figura 1. Schema del setup riscaldamento laser. Una cuvetta è posto su una scala microgrammo e illuminata da un fascio laser da sopra. Due termocoppie IR misurano la temperatura della cuvetta e ambient, rispettivamente. Tutte le misure sono sincronizzati e registrati in un collecti datisul programma. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> Figura 2. Rappresentante EDX spettro dell&#39;ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle. L&#39;asse delle ascisse corrisponde con l&#39;energia e l&#39;asse delle ordinate corrisponde al numero di conteggi. Picchi sono stati etichettati con l&#39;elemento corrispondente. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> Figura 3. Immagine SEM dell&#39;ibrido Fe 2 O 3 au nanoparticelle. Il larg<html> ER, le regioni più scure sono Fe 2 O 3 particelle, che sono decorate con piccoli brillanti Au nanoparticelle. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> Figura 4. Le proprietà ottiche. (A) UV-vis assorbanza spettri dell&#39;ibrido Fe 2 O 3 -Au nanoparticelle, mostra l&#39;ampia luce assorbanza visibile di Fe 2 O 3 e il picco plasmonica attribuito ai Au nanoparticelle vicino 530 nm. (B) L&#39;UV-vis assorbanza spettri della soluzione reagente in diversi momenti durante la reazione, che mostra l&#39;assorbanza LSPR derivante dalla formazione AUNP nella soluzione e sulle Fe 2 O 3 nanoparticelle..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> Figura 5. proprietà magnetiche Fotografie di Au-Fe 2 O 3 nanoparticelle.; (A) dispersi in soluzione acquosa; (B) manipolazione magnetica (tempo = 0 sec); (C) manipolazione magnetica (tempo = 2 min); (D) magnete rimosso; (E) Au-Fe 2 O 3 nanoparticelle seguenti manipolazione magnetica, mostrano che essi possono essere facilmente ri-disperse in soluzione acquosa. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; Figura 6. esperimenti Photothermal. Terreni che mostrano la (A) variazione di temperatura della soluzione, DT, e la perdita di massa (B), Δm, in funzione del tempo. Sotto illuminazione laser, le nanoparticelle (nero e rosso curva) generano DT considerevole e valori Δm che sono significativamente più grandi rispetto a quelli che si verificano per pura DI H 2 O in condizioni identiche (curva blu). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa 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.

Multifunzionale ibrida Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanoparticelle per un efficiente riscaldamento plasmoniche

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

13.7K Views.  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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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.

Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Ricerca

Ingegneria

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

L&#39;utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

Bioingegneria

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Sintesi di Immunotargeted magneto-plasmonica nanocluster

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Chimica

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Sintesi, Caratterizzazione, e funzionalizzazione di ibrida UA / CdS e Au / ZnS core / shell nanoparticelle

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

Proprietà elettroattivo Polymer Nanoparticelle Esporre fototermiche

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Colloidale Sintesi di Nanopatch Antenne per applicazioni in Plasmonics e nanofotonica

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

In Situ Sintesi di oro nanoparticelle senza aggregazione nel Interfalda spazio di Layered titanato pellicole trasparenti

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

Fotodeposizione di Pd su Colloidal Au Nanorods di Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Preparation of Silver-Palladium Alloyed Nanoparticles for Plasmonic Catalysis under Visible-Light Illumination

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular transformations. This opens possibilities for the use of visible or near-IR light as a sustainable input to drive and control reactions when plasmonic nanoparticles supporting LSPR excitation in these ranges are employed as catalysts. Unfortunately, this is not the case for several catalytic metals such as palladium (Pd). One strategy to overcome this limitation is to employ bimetallic NPs containing plasmonic and catalytic metals. In this case, the LSPR excitation in the plasmonic metal can contribute to accelerate and control transformations driven by the catalytic component. The method reported herein focuses on the synthesis of bimetallic silver-palladium (Ag-Pd) NPs supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2) that acts as a plasmonic-catalytic system. The NPs were prepared by co-impregnation of corresponding metal precursors on the ZrO2 support followed by simultaneous reduction leading to the formation of bimetallic NPs directly on the ZrO2 support. The Ag-Pd/ZrO2 NPs were then used as plasmonic catalysts for the reduction of nitrobenzene under 425 nm illumination by LED lamps. Using gas chromatography (GC), the conversion and selectivity of the reduction reaction under the dark and light irradiation conditions can be monitored, demonstrating the enhanced catalytic performance and control over selectivity under LSPR excitation after alloying non-plasmonic Pd with plasmonic metal Ag. This technique can be adapted to a wide range of molecular transformations and NPs compositions, making it useful for the characterization of the plasmonic catalytic activity of different types of catalysis in terms of conversion and selectivity.

Presented here is a protocol for the synthesis of silver-palladium (Ag-Pd) alloy nanoparticles (NPs) supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). This system allows for harvesting energy from visible light irradiation to accelerate and control molecular transformations. This is illustrated by nitrobenzene reduction under light irradiation catalyzed by Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Preparazione di nanoparticelle in lega di palladio d'argento per la catalisi plasmonica sotto illuminazione a luce visibile

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular ...

Stable Aqueous Suspensions of Manganese Ferrite Clusters with Tunable Nanoscale Dimension and Composition

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse applications. Here we describe how to form these materials in a hydrothermal process that permits the independent control of product cluster size (from 30 to 120 nm) and manganese content of the resulting material. Parameters such as the total amount of water added to the alcoholic reaction media and the ratio of manganese to iron precursor are important factors in achieving multiple types of MFC nanoscale products. A fast purification method uses magnetic separation to recover the materials making production of grams of magnetic nanomaterials quite efficient. We overcome the challenge of magnetic nanomaterial aggregation by applying highly charged sulfonate polymers to the surface of these nanomaterials yielding colloidally stable MFCs that remain non-aggregating even in highly saline environments. These non-aggregating, uniform, and tunable materials are excellent prospective materials for biomedical and environmental applications.

We report a one-pot hydrothermal synthesis of manganese ferrite clusters (MFCs) that offers independent control over material dimension and composition. Magnetic separation allows rapid purification while surface functionalization using sulfonated polymers ensures the materials are non-aggregating in biologically relevant medium. The resulting products are well positioned for biomedical applications.

Sospensioni acquose stabili di cluster di ferrite di manganese con dimensioni e composizione su scala nanometrica sintonizzabili

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse ...

Multifunzionale ibrida Fe

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