Die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit wurde vom Department of Energy DOE- Laboratory Directed Research &amp; Development (LDRD) Strategic Initiative Programm zur Verfügung gestellt. Wir danken Herrn Henry Sessions, und Herr Charles Shick für ihre Zeit und Know-how die uns mit unseren Experimenten zu unterstützen.

1. Nanomaterialien Syntheseprotokoll <ol><li> Bereiten Sie eine Stammlösung von Fe 2 O 3 von 25 mm. Hinweis: Alle Stammlösungen werden VE-Wasser zubereitet werden, sofern nicht anders angegeben. </li><li> Nehmen Sie einen 25-ml-Erlenmeyerkolben. </li><li> In 10 ml deionisiertem (DI) Wasser und einen Rührstab, und legen Sie es auf einem Heizblock. </li><li> 100 l Fe 2 O 3-Stammlösung (25 mM) zu diesem Kolben. </li><li> Die Lösung wird während etwa 5 Minuten lang gerührt wurde. </li><li> Herstellung von 10 ml 1% Natriumcitrat 0,1 g Natriumcitrat auf 10 ml Wasser gelöst. </li><li> 1 ml der 1% igen Natriumcitrat-Lösung zu 25 ml Kolben, der das Fe 2 O 3 enthaltenden wäßrigen Lösung. </li><li> Bringen Sie die Lösung zum Sieden (100 ° C). </li><li> In 250 ul 0,01 M Chlorwasserstoffsäure. </li><li> Weiterhin die Lösung bei 100 ° C für 10 min erwärmt wird. Nach einigen Minuten (2-3 min), wird die Lösung rot / braune indicating, die Au-Nanopartikel hergestellt werden. </li><li> Entfernen Sie die Lösung aus dem Heizblock und lassen Sie es bei Raumtemperatur (ca. 20 ° C) (1-2 Stunden), um sich abzukühlen. </li><li> Reinige den Proben durch Zentrifugation für 7 min bei 4700 × g. </li><li> Entfernen Sie den Überstand der zentrifugierten Proben. </li><li> Re-zerstreuen die zentrifugiert Nanopartikel in DI-Wasser, bis zu 10 ml. </li></ol> 2. Nanopartikel Charakterisierung <ol><li> SEM / EDX Charakterisierung: <ol><li> Zeigen 1-2 ul zentrifugiert Nanopartikel auf einem Kupfergitter und lassen es für 1 Stunde trocknen lassen. </li><li> Zeigen Probe in einen sauberen Behälter und bringen Sie es zum REM / EDX zur Charakterisierung. 11,12 </li></ol></li><li> UV-Vis Charakterisierung: <ol><li> Schalten Sie die UV-Vis und lassen Sie es für 10-15 Minuten, um sich aufzuwärmen. </li><li> Nehmen Sie einen Verweis DI-Wasser-Spektrum. </li><li> Zeigen 1 ml der wässrigen Lösung der Nanopartikel in einem Methacrylat Küvetteund notieren Sie die UV-Vis-Spektren über Wellenlängen λ = 300 - 1000 nm. </li><li> Vermeiden der Sättigung des Signals durch die maximale Absorption zu halten weniger als ~ 1.2. Wenn die beobachtete maximale Absorption größer ist, reduzieren Sie die Peakhöhe durch Verdünnen der Probe oder eine kürzere Weglänge Küvette verwenden. Hinweis: Die Oberflächenplasmonen Band von Au (λ ≈ 525 nm) werden leicht beobachtet. </li></ol></li><li> magnetische Manipulations <ol><li> Platz 3 ml der rot / braune wässrige Proben von magnetischen / plasmonischen Nanostrukturen in Methacrylat-Küvetten. </li><li> Legen Sie eine im Handel erworben Magnet (~ 100 Gauß) in der Nähe des Küvetten. Hinweis: Innerhalb weniger Minuten alle magnetischen / plasmonischer Nanopartikel &quot;angehängt&quot;, um die Methacrylat-Küvetten-Seite, wo der Magnet getätigt. Lösung wurde von braun bis farblos darauf hinweist, dass die Nanopartikel ihre magnetischen Eigenschaften bleiben auch nach Au auf Fe abgeschieden 2 </sub&gt; O 3 Oberfläche. </li></ol></li><li> Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) -Analyse. 13 <ol><li> Verwenden wässrige Proben von Nanopartikel-Lösungen in dieser Analyse. </li><li> Digest gereinigt Nanopartikel Proben in Salpetersäure sie eine ionische Form vor der Massenanalyse Experimente zu transformieren, indem alle Proben in Röhrchen mit einem Endvolumen von 10 ml 2% iger Salpetersäure zu übertragen. Lassen Sie 30 Minuten für die Verdauung stattfindet. </li><li> Erstellen einer Eichkurve mit bekannten Konzentrationen von Analyten von Interesse (zB Au, Fe). </li><li> Spike-Proben mit einer internen Standardlösung 10 ppb Rh und In enthält, und in der semi-quantitative Modus des ICP-MS nach den Anweisungen des Herstellers analysiert. Diese Technik beinhaltet die Analyse einer NIST-Mehrelementstandard (10 ppb und 100 ppb In Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U). </li><li> Vergleichen Sie die bestimmt Intensitäten für die serienmäßig mit dem intensities für die anderen Proben für ausgewählte Elemente ungefähre Konzentrationen zu ergeben. Zur Berücksichtigung Plasma und Instrument Verwehungen, sollten alle Proben für ein Minimum von 10 ppb Konzentration haben, dass alle Proben aufgenommen. </li><li> Bestimmen elementaren Konzentration der Analyten von Interesse für die hergestellten Lösungen mit den folgenden Schritten: <ol><li> Durchführen einer ersten Kalibrierung Validierung Probe des Mehrelementstandard (10 ppb und 75 ppb In Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U). </li><li> Führen anfänglichen Kalibrierung leer VE-Wasser. </li><li> Führen ICP-MS-Analyse auf zwei Probe von Interesse. </li><li> Weiter Kalibrierung Validierung Probendurchführen (10 ppb und 75 ppb In Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U) des Multielement-Standard. </li><li> Weiter Kalibrierung leer VE-Wasser. Hinweis: Gemäß den Herstellerangaben, die ICP-MS-Messungen eine Unsicherheit von 20% aufweisen. Nanomaterial Laborarbeit wurde unter af durchgeführtume Kapuze. PSA (Kittel, Schürze, dünne mil Nitril Handschuhe für zufälligen Kontakt und Schutzbrille) und ein Gesichtsschutz sollte verwendet werden, wenn Haube Schärpe über Kinnhöhe ist. Mindest PPE erforderlich, wenn mit nanoskaligen Materialien arbeiten; Einweg-Kittel, dünn mil Nitril Handschuhe für zufälligen Kontakt und Schutzbrille mit Seitenschutz wird im Labor getragen werden, wenn Umgang mit Nanomaterialien. Nanomaterial Lager Abfälle dürfen nicht in normalen Hausmüll oder den Bach runter gesetzt werden. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Laser-Heizung Experiment <ol><li> Schalten Sie den Laser Stromversorgung und Balance. Hinweis: Die Laserwellenlänge in diesem Experiment verwendet (λ = 532 nm) wird gewählt, um die LSPR Absorptionsspitze so eng wie möglich anzupassen. photothermische Effekte können jedoch induziert werden, unter Verwendung einer beliebigen Wellenlänge, die mit der Absorption der Nanopartikel überlappt. Die Wärmeleistung ist nur größer, wenn auf Resonanz beleuchtet. </li><li> Positionieren Sie die Balance Fenster, so dass sie do die Laser Weg nicht versperren oder die Infrarot (IR) Thermoelemente blockieren. Die IR-Thermoelemente berührungslosen Temperatursonden sind und eine freie Sicht auf die Messfläche haben muss. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Versuchsaufbaus. </li><li> Entfernen Sie die Schutzabdeckungen von den IR-Thermoelemente. </li><li> Öffnen Sie die Datenerfassungs-Software-Programm und führen, um die Messung zu nennen, &quot;Warm-up.&quot; Die kundenspezifische Software-Programm sammelt die Balance und Thermoelement Widerstandswerte als Funktion der Zeit, und wenn das Programm ausgeführt wird protokolliert er diese Werte in eine Datendatei. </li><li> Führen Sie die Messung für mindestens 20 Minuten, damit das System, um sich aufzuwärmen. </li><li> Während das System aufgewärmt wird, bereiten durch Pipettieren die entsprechende Menge (3 ml) der gewünschten Lösung in ein Methacrylat-Küvette mit der Probe. Die Mengen werden dabei 3 ml Lösung für Küvetten Standard und 1 ml für Halbmikroküvetten. </li><li> Stellen Sie die Laserleistung auf den niedrigsten settIng, die einen kaum sichtbaren Strahl erzeugt, der 1,5 A für das Lasersystem wird hier verwendet. Vergewissern Sie sich, dass der Laserstrahlfleck frei ist und bleibt im Brennpunkt des IR-Thermoelement. </li><li> Platzieren der Probe auf dem Waagebalken so dass die Seite der Küvette ist senkrecht zu der IR Messstrahl von dem Thermoelement und dem Laserstrahlfleck trifft auf das Zentrum der Lösung. </li><li> Reduzieren Sie die Laserleistung, bis der Strahl nicht mehr sichtbar ist, aber nicht ausschalten die Stromversorgung. </li><li> Nach 20 Minuten ist die Aufwärmphase abgeschlossen. Stoppen Sie den Messprogramm und Ausfahrt aus der Software. </li><li> RE-ZERO um das Gleichgewicht. Öffnen Sie die Datenerfassung Software auf Ausführen und geben Sie einen Namen für die Datei erstellen. Das Experiment wird ausgeführt, nachdem die Datei zu benennen und auf &quot;Speichern&quot;. Die genauen experimentellen Routine wird, hängt von der gewünschten Information, sondern ein Modell Routine wird hier zur Verfügung gestellt. <ol><li> Starten Sie die Datenerfassung. Nach 120 Sekunden, schalten Sie die l bisaser Leistung gewünschte Einstellung (1,2 W für diese Versuche, die, wenn sie in eine ~ 20 um Fleck fokussiert entspricht ~ 3,8 × 10 5 W / cm 2). Sammeln von Daten für einen weiteren 1.000 sec, dann Laserleistung auf den Mindestwert einzustellen und Laserstromversorgung abschalten. Weiter zu den Daten für einen weiteren 1.000 Sek sammeln, bevor die Messung zu stoppen. </li></ol></li><li> Nach dem experimentellen Routine abgeschlossen ist, Ausfahrt aus dem Programm, schalten Sie alle Geräte aus, und re-cover alle Geräte. Speichern Sie die experimentellen Daten im ASCII-Format und weiteren Verarbeitung und Analyse zusätzlicher Software. </li></ol>

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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. 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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>

Die Autoren haben nichts zu enthüllen.

Die Verwendung von optisch abstimmbaren Goldnanopartikel für Hyperthermie Studien ist eine attraktive Option, da es auf plasmonischer Erhitzen von Goldnanopartikeln tiert abgestimmt Licht zu absorbieren stark im VIS-NIR-Bereich. Eigenschaften der Plasmonen Heizung Studien hier beschrieben wurden unter Verwendung vorbereitet Labor untersucht und Eisenoxid-Gold-Hybrid-Nanomaterialien im Handel erhältlich. Eines der am häufigsten verwendeten Methoden zur kolloidalen Goldpartikel nanosphärische Herstellung umfaßt die Reduktion von Chlorgoldsäure (HAuCl 4) in Neutralstellung Gold Au (0) durch Reduktionsmittel, wie Natriumcitrat, Natriumborhydrid etc. 15,16 Die Synthese von die Gold-Nanopartikel auf Eisenoxid-Nanopartikel ist unkompliziert. Man könnte leicht die Au-Metall Größe steuern, Form und Belastung durch experimentelle Parameter zu ändern, beispielsweise Reaktionspartner Konzentrationen, Reduktionsmittel, Tenside, usw. 17. Dieser Ansatz liefert eine gute Kontrolle über Au nanoparticle Abmessungen und einheitliche Nanopartikel Verladung auf Fe 2 O 3. Andere Edelmetalle können auch durch dieses Verfahren, einschließlich Ag, Pt und Pd. 18 Ein deutlicher Vorteil dieses Verfahrens hergestellt werden, ist, dass die Reaktionsführung in Luft oder Wasser durchgeführt werden kann, und im Prinzip ist zugänglich Scaling-up. Mit kommerziellen Nanomaterialien und / oder skalierbaren-nasschemischen Verfahren ist ideal für großflächige Behandlung Anwendungen oder biologische Anwendungen, da diese Materialien leicht verfügbar und kostengünstiger als individuelle synthetisierten Materialien und Verfahren sind. Oberflächenmodifikationen dieser metallischen Nanostrukturen sind ebenfalls von Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Eine Reihe von organischen (Tenside, bifunktionale Thiole Polymeren, Aminosäuren, Proteine, DNA) und anorganische Stoffe (Silica, andere Metalle, Metalloxide, etc.) 19 kann weiter auf diesen Oberflächen geladen oder funktionalisiert werden Nanokompositmaterialien mit verschiedenen zu erstellen Designs, Geometrien,Kompositionen und multifunktionalen Fähigkeiten, für die biologische Targeting, Wirkstofftransport, Sensorik, Bildverarbeitung, umwelttechnische Anwendungen, usw. Zusätzlich hier beschriebene photothermische Technik ist gut geeignet, um die Plasmonen Eigenschaften verschiedener Materialien zu charakterisieren, als Massetemperatur und Massemessungen relativ leicht unter Verwendung von leicht verfügbaren Geräten durchzuführen. Die einfache Probenvorbereitung und Messung ist ein deutlicher Vorteil gegenüber anderen plasmonischer Techniken / Anwendungen. Beispielsweise Techniken wie oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie und LSPR Erfassungs sind sehr empfindlich gegenüber der Herstellung von sowohl dem Substrat und dem Target, 20,21, die über Proben schwieriger Wiederholbarkeit und Vergleich macht. Ein möglicher Nachteil der photothermischen Messungen oben beschrieben ist die Temperatur, auf der Mengenwaage gemessen wird und nicht auf der Oberfläche des Nanopartikels, wo die Wärme transduziert wird. Thermo Es gibtmetry Techniken, die diese lokale Temperaturinformationen zur Verfügung stellen kann, 22-24, aber diese erfordern kompliziertere Probenvorbereitung, so dass sie schwieriger zu implementieren. Schließlich sind die hier beschriebenen Messungen leicht mit anderen Techniken kombiniert werden können (beispielsweise photokatalytischen Abbau) 9 bis photothermische Wirkungen auf verschiedene Prozesse zu bewerten. Zusammenfassend haben wir über die Synthese von Hybrid beschrieben Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel Lösungen und deren photothermischen Charakterisierung. Selbst bei einem 20 × kleineren Konzentration von Au, diese Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel können Wärme wässrigen Lösungen so effizient wie AuNPs, demonstrieren die Vorteile der Hybridmaterialien photothermisch. Darüber hinaus behalten die Hybridstrukturen die Eigenschaften der beiden Materialien, ein multifunktionales Struktur mit magnetischen und plasmonischer Eigenschaften zu schaffen. Solche Strukturen sind für biomedizinische Anwendungen interessant,8, aber viele zusätzliche Anwendungen sind denkbar.

Beginnend mit ihrer Verwendung in der alten zweifarbigem Glas, ein Gold-Nanopartikel (AuNPs) haben oft auf die Entwicklung neuer Technologien beigetragen. 2,3 Modernere Beispiele dieser Technologien Tarnmodule und Partikel enthalten, die beide und Behandlung von Krebs erkennen kann. 4,5 AuNPs haben viele bemerkenswerte Eigenschaften, aber die bemerkenswertesten unter diesen ist die Präsenz von lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanzen (LSPRs), die als einfallende elektromagnetische Strahlung resonant Laufwerke freien Elektronen in kollektive Schwingungen, die Schaffung intensiv und sehr beschränkt elektromagnetische Felder. 6 Eine faszinierende Aspekt auftreten von LSPRs ist, dass sie abstimmbar sind. Das heißt, dass die Resonanzenergie durch Modifizieren der Form und Größe der AuNPs eingestellt werden oder indem der Brechungsindex der äußeren Umgebung ändert. Eine weitere Eigenschaft von AuNPs und Gold im Allgemeinen ist, dass sie relativ teuer sind. Während dies Gold attraktiver aus einem machenLuxus Standpunkt, für technische Anwendungen, das ist ein Nachteil und können ein Hindernis für den allgemeinen Gebrauch sein. Zwei mögliche Lösungen für dieses Problem suchen weniger teure Alternative Materialien, die ähnliche Eigenschaften wie Gold aufweisen, oder der Suche nach einem Weg, um Gold zu kombinieren mit einem anderen Material ein Verbundmaterial mit ähnlichen Eigenschaften zu schaffen, sondern kleinere Mengen des Edelmetalls. Die letztere Lösung ist vielleicht interessant, da es die Möglichkeit ermöglicht mit den physikalisch-chemischen Eigenschaften von zwei oder mehr Materialien ein multifunktionales Hybrid Nanostruktur zu schaffen. 7 Eisen (III) -oxid, Fe 2 O 3, ist ein ausgezeichneter Kandidat für eine Komponente eines solchen Gemisches, weil sie allgemein verfügbar, preiswert ist und nicht toxisch. Darüber hinaus ist die Maghemit Phase, γ-Fe 2 O 3, ist ferrimagnetischen und der Hämatit-Phase, α-Fe 2 O 3, ist schwach ferromagnetisch. Somit ist die Kombination vonGold mit Fe 2 O 3 könnte möglicherweise Nanopartikel ergeben, die plasmonischer Eigenschaften aufweisen und auch mit externen Magnetfeldern in Wechselwirkung treten, doch sind wesentlich kostengünstiger als reines Gold. Eine solche Hybridnanostruktur interessant realen Anwendungen gefunden. Beispielsweise Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel nützlich sowohl für die Krebsdiagnose und Behandlung durch Magnetresonanztomographie und photothermische Therapie bewährt. 8 in diesem Fall, Fe 2 O 3 als ein MRI-Kontrastmittel, während der Au Teil lokal einfall konvertiert Lichtabgabe von elektromagnetischer Energie während LSPR absorbiert Hitze durch. Zusätzlich haben Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel plasmonischer Verbesserung der katalytischen Umwandlung von CO in CO 2 unter sichtbarem Licht Beleuchtung gezeigt, und solche Strukturen auch für photothermische Umwandlung von Solarenergie genutzt werden kann. 9,10 ThiBericht beschreibt die Synthese von Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel eine einfache nasschemische Verfahren. Die Hybridstruktur besteht aus einem Fe 2 O 3 Kern, der mit kleineren AuNPs dekoriert ist. Wichtig ist, behält die erhaltene Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel sowohl magnetische als auch plasmonischer Eigenschaften der Bestandteilsmaterialien, die eine multifunktionelle Partikel erzeugt, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich sein könnte. Um die plasmonischer Anwendungen dieser Hybrid-Nanopartikeln, photothermischen Charakterisierung der Nanopartikel unter Verwendung eines Lasers Heizsystem zu veranschaulichen, wird ebenfalls beschrieben. Die photothermische Messungen zeigen, daß die Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel wässrigen Lösungen so effizient wie reine AuNPs in Wärme in der Lage, auch mit einer wesentlich geringeren Konzentration des Edelmetalls. Diese Ergebnisse bestätigen die Methode der Verwendung von Verbund- oder Hybridmaterialien, Kosten zu senken und erzielen größere Functionality.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="614">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gold(III) chloride trihydrate&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">520918&#160;</td>
			<td style="width:167px;">&#8805;99.9% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Iron(III) oxide</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">544884</td>
			<td style="width:167px;">nanopowder, &#60;50&#160;nm particle size (BET)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium citrate tribasic dihydrate</td>
			<td style="width:112px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S4641</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.0%&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SEM</td>
			<td style="width:112px;">Hitachi&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S8200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TEM</td>
			<td style="width:112px;">Hitachi&#160;</td>
			<td style="width:119px;">H95000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EDX</td>
			<td style="width:112px;">Oxford Instruments&#160;</td>
			<td style="width:119px;">SDD - X-Max</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DLS</td>
			<td style="width:112px;">Brookhaven Instruments</td>
			<td style="width:119px;">NanoBrook Omni</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ICP-MS</td>
			<td style="width:112px;">Agilent&#160;</td>
			<td style="width:119px;">7500s</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">UV-Vis-NIR spectrometer</td>
			<td style="width:112px;">Tec5 MultiSpec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Laser, &#955; = 532 nm&#160;</td>
			<td style="width:112px;">Del Mar Photonics</td>
			<td style="width:119px;">DMPV-532-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microgram Balance</td>
			<td style="width:112px;">Mettler Toledo&#160;</td>
			<td style="width:119px;">XP205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Infrared Thermocouples</td>
			<td style="width:112px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">OS801-HT</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating

Eines der am häufigsten verwendeten Methoden zur kolloidalen Goldpartikel nanosphärische Herstellung umfaßt die Reduktion von Chlorgoldsäure (HAuCl 4) in Neutralstellung Gold Au (0) durch Mittel, wie Natriumcitrat oder Natriumborhydrid reduzieren. Die Erweiterung dieser Methode Eisenoxid oder ähnliche Nanopartikel mit Gold-Nanopartikeln zu dekorieren multifunktionale Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel ist unkompliziert zu erstellen. Dieser Ansatz liefert recht gute Kontrolle über Au-Nanopartikel-Dimensionen und Laden auf Fe 2 O 3. Zusätzlich kann das Metall Au Größe, Form und Laden leicht durch Ändern experimentellen Parameter (zB Reaktantenkonzentrationen, Reduktionsmittel, Tenside, etc.) eingestellt werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Reaktion in Luft oder Wasser durchgeführt werden kann, und im Prinzip ist zugänglich Scaling-up. Die Verwendung solcher optisch abstimmbaren Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikeln für hyperthermia Studien ist eine attraktive Option, da es auf plasmonischer Erhitzen von Goldnanopartikeln tiert abgestimmt Licht zu absorbieren stark im VIS-NIR-Bereich. Zusätzlich zu seinen Wirkungen plasmonischer stellt nanoskaligen Au eine einzigartige Oberfläche für interessante Chemie und Katalyse. Das Fe 2 O 3 -Material bietet zusätzliche Funktionalität aufgrund seiner magnetischen Eigenschaft. Zum Beispiel könnte ein externes Magnetfeld verwendet werden, um das Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel nach einem katalytischen Versuch zu sammeln und zu recyceln, oder alternativ kann die magnetische Fe 2 O 3 kann für Hyperthermie Untersuchungen durch magnetische Induktion Wärme verwendet werden. Das photothermische Experiment in diesem Bericht beschriebenen Maßnahmen Masse Temperaturänderung und Nanopartikellösung Masseverlust als Funktion der Zeit Infrarot-Thermoelementen und ein Gleichgewicht sind. Die einfache Probenvorbereitung und die Verwendung von leicht verfügbaren Geräte sind deutliche Vorteile dieser Technik. Ein Nachteil ist, thbei diesen photothermische Messungen beurteilen die Schüttlösungstemperatur und nicht die Oberfläche des Nanopartikels, wo die Wärme transduziert wird und die Temperatur ist wahrscheinlich höher sein.

Materialzusammensetzung ist eine wichtige Überlegung für Hybridmaterialien. Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) und Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) können diese Informationen bereitzustellen. EDX-Analyse bietet semi-quantitative Daten (Abbildung 2), während ICP-MS liefert genaue, quantitative Informationen über die Elemente von Interesse. Es wird festgestellt, dass der Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel Fe und Au Konzentrationen von ρFe = 150 ppb und ρAu = 49 ppb. Im Vergleich dazu reines Gold-Nanopartikeln, die als Kontrolle für die photothermische Heizung verwendet werden, haben viel höhere Au-Konzentrationen ρAu = 1.100 ppb. SEM-Analyse der Morphologie der Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel (Figur 3) zeigt, Aggregate von abgerundeten, unregelmäßigen Teilchen zeigt, die mit kleineren, hell funktionalisierten erscheinen,und abgerundeten Nanopartikeln. Die grßeren Nanopartikel werden als Fe 2 O 3 bezeichnet, während die kleineren, heller als Nanopartikel Au identifiziert. Diese Art der Morphologie wird oft als &quot;verziert&quot; Nanopartikel bezeichnet. 14. In diesem Fall ist die Oberfläche des Trägerpartikel, Fe 2 O 3, mit kleineren, isoliert Au Nanoteilchen geschmückt. Die statistische Analyse der Nanopartikel zeigt, dass Fe 2 O 3 Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von d = 40 ± 10 nm. Die Funktionalisierung von Gold-Nanopartikeln haben eine breitere Palette von Größen, mit d = 20 ± 20 nm. Dynamic Light Scattering (DLS) Messungen kann das Aggregationsverhalten quantifizieren, und festgestellt, dass der Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel einen durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von DH = 243 nm mit Bevölkerung Bins bei DH = 61 nm (13%) und dh = 310 nm (87%). Darüber hinaus wird das Zeta-Potential = -16 mV bis &amp; zgr; gefunden, die die zu begrenzen könnte helfenAggregationsverhalten. Die UV-VIS-NIR-Spektrum des Hybrid Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel ist in 4A gezeigt. Ein deutlicher Absorptionspeak bei Wellenlängen λ ≈ 520 nm beobachtet, und ist mit dem LSPR Modus der Au-Nanopartikel Funktionalisieren des Fe 2 O 3 zurückzuführen. Die Wellenlänge des LSPR stimmt mit Literaturwerten für AuNPs mit ähnlichen Morphologien. 11,12 Der Plasmonen Verhalten der Hybridstrukturen ist aufgrund AuNP Bildung auf den Fe 2 O 3 unterstützt. Dies kann direkt durch UV-Vis-Spektroskopie in-situ beobachtet werden. 4B zeigt die UV-vis-Absorptionsspektren der Reaktionslösung zu verschiedenen Zeitpunkten während der Reaktion. Zunächst gibt es eine geringe Absorbanz sichtbaren Lichts auf die Fe 2 O 3 zurückzuführen Nanopartikel in der Lösung dispergiert. Im Verlauf der Reaktion, die abso<html> rbance erhöht, und nach 1,5 min, beginnt eine Spitze zu bilden, die besser als die Reaktion auf geht definiert wird. Diese Spitze ergibt sich aus LSPR Absorption und entspricht der Bildung von AuNPs und ihre Abscheidung auf dem Fe 2 O 3 Auflagefläche. Das magnetische Verhalten der Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel wird leicht durch Manipulation mit einem externen Magnetfeld beobachtet. Zunächst weist die Fe 2 O 3 -Au Lösung eine bräunliche Farbe (5B). Nachdem jedoch die Lösung in einem äußeren Magnetfeld platziert, wird die Lösung nach und nach klar über mehrere Minuten als die Summe der magnetischen Hybrid Nanopartikeln durch das Feld (5C) gesammelt wird. Die magnetische Sammlung ist reversibel, und die multifunktionale Nanopartikel kann durch Rühren der Lösung redispergiert werden, wie in den 5D und 5E gezeigt. 1 &quot;&gt; Photothermische Heizung Messungen sind in 6A gezeigt, die den Großtemperaturänderung in bestrahlte Lösung zeichnet, &amp; Delta; T, als Funktion der Zeit für die Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel, AuNPs und reinem entionisiertem Wasser (DI H 2 O). Das Fe 2 O 3 -Au und Au-Nanopartikeln ein fast identisches Temperaturprofil aufweisen, mit Temperaturen von mehr als 40 ° C erhöht wird. Selbstverständlich ist die Plasmonen Absorption beider Nanopartikel-Typen sind in der Lage Licht in Wärme zu transduzieren sehr effizient, aber auch die Fe 2 O 3 -Au tun dies mit einem deutlich niedrigeren Konzentration von Au, wie oben beschrieben. auf der anderen Seite, die DI H 2 O Experiment zeigt, keine Veränderung in der Temperatur, die der Temperaturanstieg in der Nanopartikellösungen zeigt, dass allein ist aufgrund der Ableitung der absorbierten elektromagnetischen Energie in den Nanopartikeln. AT in 6A beschreibt den Groß Änderung Temperature und die Temperaturen in dem bestrahlten Bereich und in der Nähe der Nanopartikel-Oberflächen können viel höher sein. 13. Die Änderung in der Masse der Lösung, &amp; Dgr; m, das von der Dampferzeugung entsteht, ist ein Indikator für diesen höheren Temperaturen. 6B &amp; Dgr; m als Funktion der Zeit zeichnet für das Hybrid Fe 2 O 3 -Au Nanopartikeln und für DI H 2 O. &amp; Delta; M für die Nanopartikellösung wesentlich größer ist als die Hintergrundverdampfungsrate, was darauf hinweist ausreichend hohe Oberflächentemperaturen Dampf mit einer signifikanten Rate zu erzeugen. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lasererwärmung Setup. Eine Küvette auf einem Mikrogramm Skala beleuchtet und durch einen Laserstrahl von oben platziert wird. Zwei IR-Thermoelemente messen die Temperatur der Küvetten und Umgebungs sind. Alle Messungen werden synchronisiert und in einem Daten collecti angemeldetauf Programm. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> Abbildung 2. Repräsentative EDX-Spektrum des Hybrid Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel. Die Abszissenachse entspricht der Energie und die Ordinate entspricht der Anzahl von Zählungen. Peaks wurden mit dem entsprechenden Element markiert worden. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> Abbildung 3. REM-Aufnahme des Hybrid Fe 2 O 3 -Au Nanopartikeln. Die larg<html> äh, dunkleren Bereiche sind Fe 2 O 3 Teilchen, die mit kleiner heller Gold-Nanopartikeln dekoriert sind. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> Abbildung 4. Optische Eigenschaften. (A) UV-vis-Absorptionsspektren des Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel, die breite sichtbares Licht Absorption von Fe 2 O 3 und die Plasmonen Gipfel zu den Gold-Nanopartikeln in der Nähe von 530 nm zugeschrieben zeigt. (B) Die UV-vis-Absorptionsspektren der Reaktionslösung zu verschiedenen Zeitpunkten während der Reaktion, die LSPR Absorption zeigt von AuNP Bildung in der Lösung ergeben, und auf die Fe 2 O 3 -Nanopartikeln..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> Abbildung 5. Magnetische Eigenschaften Fotografien von Au-Fe 2 O 3 Nanopartikel. (A) in einer wässrigen Lösung dispergiert ist; (B) magnetische Manipulation (Zeit = 0 s); (C) Magnetische Manipulation (Zeit = 2 min); (D) Magnet entfernt; (E) Au-Fe 2 O 3 Nanopartikel folgenden magnetischen Manipulation zeigt, dass sie leicht in der wässrigen Lösung redispergiert werden können. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; Abbildung 6. Photothermische Experimente. Stücke, welche die (A) Änderung der Lösungstemperatur, AT, und (B) Massenverlust, Dm, als Funktion der Zeit. Die Nanopartikel (schwarze und rote Kurven) erzeugen beträchtliche AT und Dm-Werte unter Laserbeleuchtung, die deutlich größer sind als die auftretenden reinen DI H 2 O unter identischen Bedingungen (blaue Kurve). Sind <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen .</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.

Multifunktions-Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanopartikel für effiziente Plasmonische Heizung

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

13.6K Aufrufe.  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.

Serie: Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Optical Trapping von Nanopartikeln

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Forschung

Ingenieurwesen

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.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

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

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

Die Analyse der Bewegung des Nauplios &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Von Optical-Tracking von Plasmonische Nanopartikel

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Energieröntgentomografie für 3D-Elementar Zuordnung einzelner Nanopartikel

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Die Messung der Streunichtlinearitäten von einem Einzel Plasmonische Nanopartikel

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

Einwertiges Kation Dotierung von CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PbI<sub&gt; 3</sub&gt; Für effiziente Perowskit-Solarzellen

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

Steuerbare Keimbildung der Kavitation von Plasmonische Gold-Nanopartikel für die Verbesserung der hohen Intensität konzentriert Ultraschallanwendungen

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...