Многофункциональный Hybrid Fe

Общая цель данного исследовательского проекта заключается в изучении свойств нового класса многофункциональных наночастиц оксида железа и золота, полученных с помощью метода влажной химии, и демонстрации того, как они могут эффективно преобразовывать свет в тепло за счет плазмонных эффектов. Одним из способов снижения затрат, связанных с использованием наночастиц благородных металлов в промышленных целях, является создание более дешевых альтернатив, обладающих теми же свойствами при значительно меньшей стоимости. Например, наночастицы оксида железа и золота способны фототермически нагревать водные растворы так же эффективно, как и наночастицы чистого золота, сохраняя при этом исходные свойства последних.

Благодаря низкой стоимости и уникальным свойствам наши наночастицы могут быть использованы в таких приложениях, как фототермическое манипулирование AnaLight, биомедицинская визуализация и сенсорика, аналитическая обработка и магнитное детектирование. Чтобы начать эту процедуру, приготовьте 25 milliMolar стоковый раствор оксида железа в деионизированной воде. Добавьте 10 milliliters деионизированной воды и магнитный перемешиватель в коническую колбу объемом 25 milliliter.

Поместив колбу на нагревательный блок, добавьте 100 µL основного раствора оксида железа и нагревайте смесь при перемешивании в течение примерно пяти минут. Затем приготовьте 10 mL 1% раствора цитрата натрия, растворив 0,1 г цитрата натрия в 10 mL воды. Добавьте 1 mL 1% раствора цитрата натрия в колбу с раствором оксида железа.

После нагревания раствора до 100 °C добавьте в колбу 250 µL 0,01 M хлороауровой кислоты. Продолжайте нагревать раствор при 100 °C в течение 10 минут. Затем снимите раствор с нагревательного блока и дайте ему остыть до комнатной температуры в течение одного-двух часов.

После этого очистите образцы путем центрифугирования в течение семи минут при 4 700 x g. По завершении удалите супернатант из образцов. Затем повторно диспергируйте наночастицы в объеме до одного миллилитра деионизированной воды.

Для характеристики наночастиц поместите три миллилитра красно-коричневого водного раствора в метакрилатную кювету. Поместите имеющийся в продаже магнит в непосредственной близости от кюветы. После этого включите блок питания лазера и баланс.

Расположите окна весов так, чтобы они не перекрывали путь лазера и не блокировали ИК-термопары. Сняв защитные кожухи с ИК-термопар, откройте программу для сбора данных, нажмите «Run» (Запуск) и назовите измерение «Warm Up» (Прогрев). Пока система прогревается, в вытяжном шкафу подготовьте образец, впипетировав соответствующее количество нужного раствора в надосадочную кювету из метакрилата. Отрегулируйте мощность лазера до минимального значения, при котором луч едва заметен.

Убедитесь, что путь лазерного луча свободен и пятно луча остается в фокусе ИК-термопары. После этого поместите образец на рычаг весов так, чтобы стенка кюветы была перпендикулярна измерительному ИК-лучу термопары, а пятно лазерного луча попадало в центр раствора. Снизьте мощность лазера до тех пор, пока луч не перестанет быть видимым.

После завершения прогрева остановите программу измерения и выйдете из программного обеспечения. После повторного обнуления весов и запуска программы для сбора данных нажмите «Run» и присвойте имя файлу данных. Начните сбор данных, нажав «Save».

После 120 секунд сбора данных увеличьте мощность лазера до заданного значения. По завершении сбора данных в течение следующих 1000 секунд установите мощность лазера на минимальный уровень и выключите источник питания лазера. После завершения эксперимента выйдите из программы.

После выключения всех приборов и сбора всего оборудования сохраните экспериментальные данные в формате ascii для дальнейшей обработки. СЭМ-анализ выявляет морфологию наночастиц оксида железа и золота, демонстрируя агрегаты округлых неправильных частиц оксида железа, которые выглядят функционализированными более мелкими, яркими и округлыми наночастицами золота. В УФ-Вид-БИК спектре гибридных наночастиц наблюдается отчетливый пик поглощения на 520 нанометрах, который приписывается режиму LSPR наночастиц золота, функционализирующих оксид железа.

Спектры поглощения раствора реакции в УФ-видимой области показывают некоторое начальное слабое поглощение в видимом свете, что обусловлено наночастицами оксида железа, диспергированными в растворе. По мере протекания реакции через 1,5 минуты формируется пик, соответствующий образованию наночастиц золота и их осаждению на поверхности оксида железа. Измерения фототермического нагрева наночастиц оксида железа с золотом и наночастиц золота демонстрируют почти идентичный температурный профиль, при этом температура повышается более чем на 40 °C.

Эксперимент с деионизированной водой не показывает никаких изменений, что доказывает: повышение температуры в растворах наночастиц обусловлено исключительно диссипацией поглощенной электромагнитной энергии в наночастицах. Изменение массы раствора наночастиц значительно превышает фоновую скорость испарения, что указывает на достаточно высокую температуру поверхности для генерации пара с существенной скоростью. После освоения данной методики процедура может быть выполнена за два часа при условии ее правильного проведения.

При выполнении данной процедуры важно использовать чистую лабораторную стеклянную посуду для обеспечения воспроизводимости результатов. После завершения процедуры можно применить другие методы, такие как электронная микроскопия, УФ-видимая спектроскопия и динамическое рассеяние света (DLS), чтобы определить, возникли ли повреждения, вызванные лазерным излучением. Соблюдайте соответствующие меры предосторожности при работе с открытыми лазерными лучами, такие как юстировка системы при минимальной мощности лазера, проверка отсутствия посторонних блокирующих отражений, закрытие лазера по мере возможности и ношение соответствующих защитных лазерных очков при необходимости.

После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как производить недорогие наночастицы в больших количествах, а также о том, как генерировать направленный нагрев беспроводным способом и по требованию для применения в реальных условиях.