Una tecnologia emergente che coinvolge minuscole particelle che assorbono la luce e la trasformano in fonti di calore localizzate mostra grandi promesse in diversi campi, compresa la medicina. Per esempio, terapia fototermica, un nuovo tipo di trattamento del cancro, consiste nel puntare la luce laser infrarossa su nanoparticelle vicino al sito di trattamento.

Il riscaldamento localizzato in questi sistemi deve essere attentamente controllato poiché il tessuto vivente è delicato. Se si verifica un riscaldamento indesiderato nel posto sbagliato, possono verificarsi gravi ustioni e danni ai tessuti. La capacità di monitorare l'aumento della temperatura è fondamentale nello sviluppo di questa tecnologia. Sono stati tentati diversi approcci, ma tutti hanno inconvenienti di vario genere, compresa la necessità di inserire sonde o iniettare materiali aggiuntivi.

Nel numero di questa settimana di Fotonica APL gli scienziati segnalano lo sviluppo di un nuovo metodo per misurare le temperature in questi sistemi utilizzando una forma di luce nota come radiazione terahertz. Lo studio ha coinvolto sospensioni di nanotubi d'oro di varie dimensioni in acqua in piccole cuvette, che sono stati illuminati da un laser focalizzato su un piccolo punto all'interno della cuvetta.

I minuscoli bastoncini d'oro assorbivano la luce laser e la convertivano in calore che si diffondeva attraverso l'acqua per convezione. "Siamo in grado di mappare la distribuzione della temperatura scansionando la cuvetta con radiazioni terahertz, produrre un'immagine termica, ", ha detto il co-autore Junliang Dong.

Lo studio ha anche esaminato il modo in cui la temperatura variava nel tempo. "Utilizzando un modello matematico, siamo in grado di calcolare l'efficienza con cui le sospensioni di nanobarre d'oro hanno convertito la luce infrarossa in calore, ", ha affermato il co-autore Holger Breitenborn.

Le più piccole particelle d'oro, che aveva un diametro di 10 nanometri, luce laser convertita in calore con la massima efficienza, circa il 90%. Questo valore è simile ai rapporti precedenti per queste particelle d'oro, indicando che le misurazioni utilizzando la radiazione terahertz erano accurate.

Sebbene le barre d'oro più piccole avessero la più alta efficienza di conversione luce-calore, le aste più grandi, quelle con un diametro di 50 nanometri, mostravano la maggiore velocità di riscaldamento molare. Questa quantità è stata recentemente introdotta per aiutare a valutare l'uso delle nanoparticelle in ambito biomedico.

"Combinando misurazioni di transitori di temperatura nel tempo e immagini termiche nello spazio a frequenze terahertz, abbiamo sviluppato una tecnica senza contatto e non invasiva per caratterizzare queste nanoparticelle, " ha detto il co-autore Roberto Morandotti. Questo lavoro offre un'alternativa interessante ai metodi invasivi e mantiene la promessa per le applicazioni biomediche.