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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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 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

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.remotexs.ntu.edu.sg/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.remotexs.ntu.edu.sg/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.remotexs.ntu.edu.sg/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.remotexs.ntu.edu.sg/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.remotexs.ntu.edu.sg/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

13.6K 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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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.

Trapping ottica di nanoparticelle

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 ...

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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 ...

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.

Valutare plasmoniche Trasporti in Current-carrying Argento Nanowires

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.

Analizzando il movimento del Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Di monitoraggio ottico di nanoparticelle plasmoniche

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.

Tomografia a dispersione di energia dei raggi X per il 3D Elemental mappatura delle nanoparticelle individuali

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.

Misura di Scattering non linearità da un nanoparticelle plasmoniche singolo

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.

Plasmonico cattura e rilascio di nanoparticelle in un ambiente di monitoraggio

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.

Cationi monovalenti doping di CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Per efficienti celle solari Perovskite

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.

Localizzazione dei difetti suburfacea mediante riscaldamento strutturato utilizzando la termografia fototermica proiettata laser

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.

Nucleazione controllabile di cavitazione da nanoparticelle plasmoniche d'oro per l'aumento ad alta intensità focalizzato applicazioni ad ultrasuoni

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