(Phys.org)—Le nanoparticelle d'oro plasmonico rendono possibile il riscaldamento puntuale su richiesta. Ora i ricercatori della Rice University hanno trovato un modo per riscaldare selettivamente diverse nanoparticelle che potrebbero far progredire il loro uso in medicina e nell'industria.

Gli scienziati del riso guidati da Dmitri Lapotko ed Ekaterina Lukianova-Hleb hanno mostrato nanoparticelle d'oro comuni, conosciuti fin dal XIX secolo come colloidi d'oro, si surriscaldano a lunghezze d'onda del vicino infrarosso fino a pochi nanometri quando vengono colpiti da impulsi di luce laser molto brevi. L'effetto sorprendente riportato in Materiale avanzato sembra essere correlato all'eccitazione ottica non stazionaria delle nanoparticelle plasmoniche. I plasmoni sono elettroni liberi sulla superficie dei metalli che vengono eccitati dall'immissione di energia, tipicamente dalla luce. I plasmoni in movimento possono trasformare l'energia ottica in calore.

"L'idea chiave con le nanoparticelle d'oro e la plasmonica in generale è quella di convertire l'energia, " Ha detto Lapotko. "Ci sono due aspetti in questo:uno è l'efficienza con cui è possibile convertire l'energia, e qui le nanoparticelle d'oro sono campioni del mondo. La loro assorbanza ottica è circa un milione di volte superiore a qualsiasi altra molecola in natura.

"Il secondo aspetto è la precisione con cui si può utilizzare la radiazione laser per realizzare questa conversione fototermica, " disse. Le particelle tradizionalmente rispondono ad ampi spettri di luce, e non molto si trova nella preziosa regione del vicino infrarosso. La luce nel vicino infrarosso è invisibile all'acqua e, più critico per le applicazioni biologiche, al tessuto.

"Questo era il problema, " Ha detto Lapotko. "Tutte le nanoparticelle, iniziando con i colloidi di oro massiccio e passando a più sofisticati, nanoshell d'oro ingegnerizzati, nanotubi, gabbie e stelle, hanno spettri molto ampi, tipicamente circa 100 nanometri, il che significa che ci è stato permesso di utilizzare un solo tipo di nanoparticella alla volta. Se provassimo a usare tipi diversi, i loro spettri si sono sovrapposti e non abbiamo beneficiato dell'elevata sintonizzabilità dei laser."

La scoperta consente agli impulsi laser controllati di sintonizzare lo spettro di assorbanza dei colloidi d'oro semplici, disse Lapotko. "Questo nuovo approccio è contrario al paradigma consolidato che presuppone che le proprietà ottiche delle nanoparticelle siano preimpostate durante la loro fabbricazione e rimangano costanti durante la loro eccitazione ottica, " Egli ha detto.

Il laboratorio Rice ha mostrato che le nanoparticelle di oro colloidale di base potrebbero essere attivate in modo efficiente da un breve impulso laser a 780 nanometri, con un'amplificazione di 88 volte dell'effetto fototermico visto con un laser continuo. I ricercatori hanno ripetuto il loro esperimento con cluster di nanoparticelle in acqua, nelle cellule cancerose viventi e negli animali, con risultati uguali o migliori:hanno mostrato picchi spettrali larghi due nanometri. Spettri fototermici così ristretti non erano mai stati visti per le nanoparticelle metalliche, sia singolarmente che a grappoli.

L'effetto sembra dipendere dalle nanobolle di vapore che si formano quando le particelle riscaldano il liquido nel loro ambiente immediato. Le nanobolle crescono e scoppiano in un istante. "Invece di usare la nanoparticella come dissipatore di calore con un continuo, laser fisso, stiamo creando un transitorio, situazione non stazionaria in cui la particella interagisce con il laser incidente in modo totalmente diverso, " Ha detto Lapotko. Ha detto che l'effetto è ripetibile e funziona con impulsi laser inferiori a 100 picosecondi.

Anche meglio, un esperimento con nanobarre miste e nanoshell ha scoperto che rispondevano agli impulsi laser con forti, segnali distinti a lunghezze d'onda distanti 10 nanometri. Ciò significa che due o più tipi di nanoparticelle nella stessa posizione possono essere attivati ​​selettivamente su richiesta.

"Le nanoparticelle che abbiamo usato non erano niente di speciale; sono state usate nel 19° secolo da Michael Faraday, e si credeva che non potessero fare nulla nel vicino infrarosso, " ha detto. "Questa è stata la principale motivazione per le persone a inventare nanobarre, nanoshells e le altre forme. Qui, dimostriamo che queste particelle economiche possono comportarsi abbastanza bene nel vicino infrarosso." Ha detto che la scoperta apre la possibilità che molte nanoparticelle metalliche possano essere utilizzate in applicazioni biomediche e industriali in cui la selettività spettrale e la regolazione fornirebbero una precisione "senza precedenti".

"Questo è ancora più un fenomeno che un meccanismo saldamente stabilito, con una bella base teorica, " Lapotko ha detto. "Ma quando completamente chiarito, potrebbe diventare uno strumento universale".