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.
कोलाइडयन सोने nanospherical कणों के निर्माण के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया तरीकों में से एक तटस्थ सोने Au को chloroauric एसिड (HAuCl 4) की कमी शामिल है (0) जैसे सोडियम साइट्रेट या सोडियम borohydride के रूप में एजेंटों, को कम करने से। इस विधि के विस्तार के सोने के नैनोकणों के साथ लोहे के आक्साइड या इसी तरह के नैनोकणों को सजाने के लिए multifunctional संकर फे बनाने के लिए 2 ओ 3 -Au नैनोकणों सीधा सपाट है। यह दृष्टिकोण फे 2 ओ 3 पर Au nanoparticle आयामों और लदान के ऊपर काफी अच्छा नियंत्रण अर्जित करता है। इसके अतिरिक्त, Au धातु आकार, आकृति, और लदान आसानी से प्रयोगात्मक मानकों (जैसे, अभिकारक सांद्रता, एजेंटों को कम करने, surfactants, आदि) बदलकर देखते जा सकता है। इस प्रक्रिया का एक लाभ यह है कि प्रतिक्रिया हवा या पानी में किया जा सकता है, और, सिद्धांत रूप में, स्केलिंग करने के लिए उत्तरदायी है। ऐसे ऑप्टिकली ट्यून करने योग्य का उपयोग फे 2 ओ 3 -Au hyperther के लिए नैनोकणोंमिया के अध्ययन के लिए एक आकर्षक विकल्प के रूप में यह तुलना- NIR क्षेत्र में मजबूती से प्रकाश को अवशोषित करने के लिए देखते सोने के नैनोकणों plasmonic हीटिंग पर capitalizes है। इसकी plasmonic प्रभाव के अलावा, nanoscale Au दिलचस्प chemistries और कटैलिसीस के लिए एक अनूठा सतह प्रदान करता है। फे 2 ओ 3 सामग्री अपने चुंबकीय गुण के कारण अतिरिक्त सुविधा प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र 2 ओ 3 -Au नैनोकणों एक उत्प्रेरक प्रयोग के बाद इकट्ठा करने और संकर फे पुनरावृत्ति करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, या वैकल्पिक रूप से, चुंबकीय फे 2 ओ 3 चुंबकीय प्रेरण गर्मी के माध्यम से अतिताप के अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। समय के कार्यों, अवरक्त thermocouples और एक संतुलन का उपयोग कर के रूप में क्रमश: photothermal प्रयोग इस रिपोर्ट में वर्णित थोक तापमान परिवर्तन और nanoparticle समाधान जन हानि के उपाय। नमूना तैयार करने में आसानी और आसानी से उपलब्ध उपकरणों के उपयोग की इस तकनीक का अलग फायदे हैं। एक चेतावनी वें हैइन photothermal माप पर थोक समाधान तापमान और नहीं nanoparticle जहां गर्मी transduced है की सतह का आकलन और तापमान अधिक होने की संभावना है।
प्राचीन dichroic गिलास में उनके उपयोग के साथ शुरू, 1 सोने के नैनोकणों (AuNPs) अक्सर नई प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए योगदान दिया है। 2,3 इन प्रौद्योगिकियों के अधिक आधुनिक उदाहरण क्लोकिंग उपकरणों और कणों कि दोनों का पता लगाने और कैंसर का इलाज कर सकते हैं। 4,5 AuNPs कई उल्लेखनीय गुण होते हैं, लेकिन इनमें से सबसे उल्लेखनीय बीच स्थानीय सतह plasmon अनुनाद (LSPRs) है, जो सामूहिक दोलनों में जब घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण resonantly ड्राइव मुफ्त इलेक्ट्रॉनों होते हैं, तीव्र और अत्यधिक सीमित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाने की उपस्थिति है। 6 एक साज़िश पहलू LSPRs की है कि वे ट्यून करने योग्य हो जाता है। यही कारण है, प्रतिध्वनि ऊर्जा आकार और AuNPs के आकार को संशोधित करके या परिवेश पर्यावरण का अपवर्तनांक बदलकर समायोजित किया जा सकता है। AuNPs का एक अन्य संपत्ति, और सामान्य में सोना, कि वे अपेक्षाकृत महंगा हो रहा है। इस गोल्ड और अधिक आकर्षक बनाने के एक से हो सकता हैलक्जरी दृष्टिकोण, तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए, यह एक खामी है और सामान्य उपयोग के लिए एक बाधा हो सकती है। इस समस्या के लिए दो संभावित समाधानों कम महंगा विकल्प सामग्री है कि सोने के रूप में समान गुणों का प्रदर्शन के लिए खोज, या इसी तरह की संपत्ति है, लेकिन कीमती धातु की छोटी मात्रा के साथ एक समग्र सामग्री बनाने के लिए अन्य सामग्री के साथ सोने के गठबंधन के लिए एक रास्ता खोज रहे हैं। के रूप में यह दो या दो से अधिक सामग्री के भौतिक गुणों के साथ एक multifunctional संकर nanostructure बनाने की संभावना के लिए अनुमति देता है उत्तरार्द्ध समाधान शायद अधिक रोचक है। 7
आयरन (तृतीय) ऑक्साइड, फे 2 ओ 3, इस तरह के एक मिश्रण का एक घटक के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार क्योंकि यह व्यापक रूप से उपलब्ध सस्ती, और गैर विषैले है। इसके अलावा, maghemite चरण, γ-फे 2 ओ 3, ferrimagnetic है, और हेमटिट चरण, α-फे 2 ओ 3, दुर्बलता से ferromagnetic है। इस प्रकार, का संयोजनफे 2 ओ 3 के साथ सोने के संभावित नैनोकणों कि plasmonic गुणों का प्रदर्शन और भी बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत, अभी तक काफी शुद्ध सोने से भी कम महंगे हैं उपज सकता है। इस तरह के एक संकर nanostructure दिलचस्प असली दुनिया आवेदन मिल सकता है। उदाहरण के लिए, फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और photothermal चिकित्सा। 8 इस मामले में दोनों के माध्यम से कैंसर निदान और उपचार के लिए उपयोगी है, 2 ओ 3 कार्यों के लिए एक एमआरआई विपरीत एजेंट के रूप में, सिद्ध कर दिया है, जबकि फे Au भाग स्थानीय स्तर पर घटना धर्मान्तरित प्रकाश विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा LSPR दौरान अवशोषित के अपव्यय के माध्यम से गर्म करने के लिए। इसके अतिरिक्त, फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों उत्प्रेरक दृश्य प्रकाश रोशनी के तहत सीओ 2 में सीओ के रूपांतरण की plasmonic वृद्धि का प्रदर्शन किया है, और ऐसी संरचनाओं भी photothermal सौर ऊर्जा रूपांतरण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 9,10
थीरिपोर्ट एक सरल गीला रासायनिक विधि का उपयोग फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों के संश्लेषण का वर्णन है। संकर संरचना एक फे 2 ओ 3 कोर कि छोटे AuNPs के साथ सजाया जाता है के होते हैं। महत्वपूर्ण बात है, प्राप्त फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों घटक सामग्री है, जो एक multifunctional कण कि आवेदनों की एक किस्म के लिए उपयोगी हो सकता है बनाता है की दोनों चुंबकीय और plasmonic गुण बरकरार रहती है। आदेश में इन संकर नैनोकणों plasmonic अनुप्रयोगों को वर्णन करने में, एक लेजर हीटिंग सिस्टम का उपयोग कर नैनोकणों के photothermal लक्षण वर्णन भी वर्णन किया गया है। Photothermal माप दिखाना है कि संकर फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों, शुद्ध AuNPs के रूप में कुशलता के रूप में जलीय समाधान गर्म करने के लिए भी महान धातु की एक काफी छोटे एकाग्रता के साथ कर रहे हैं। इन परिणामों के समग्र या संकर सामग्री का उपयोग कर लागत कम करने और अधिक से अधिक functionalit को प्राप्त करने की विधि मान्यवाई।
अतिताप की पढ़ाई के लिए ऑप्टिकली ट्यून करने योग्य सोने के नैनोकणों के उपयोग के लिए एक आकर्षक विकल्प के रूप में यह तुलना- NIR क्षेत्र में मजबूती से प्रकाश को अवशोषित करने के लिए देखते सोने के नैनोकणों plasmonic हीटिंग पर capitalizes है। यहाँ वर्णित plasmonic हीटिंग के अध्ययन प्रयोगशाला तैयार किया है और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लोहे के आक्साइड सोने संकर nanomaterials का उपयोग करके जांच की गई। कोलाइडयन सोने nanospherical कणों के निर्माण के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया तरीकों में से एक तटस्थ सोने के लिए chloroauric एसिड की कमी (HAuCl 4) शामिल है Au (0) जैसे सोडियम साइट्रेट, सोडियम borohydride, आदि 15,16 के संश्लेषण के रूप एजेंटों को कम करने, द्वारा लोहे के आक्साइड नैनोकणों पर सोने के नैनोकणों सीधा है। एक आसानी से Au धातु आकार, आकृति, और प्रयोगात्मक मानकों, जैसे, अभिकारकों सांद्रता, एजेंटों को कम करने, surfactants, आदि को बदलने की लोडिंग नियंत्रित कर सकता है 17 यह दृष्टिकोण Au nanoparticl पर अच्छा नियंत्रण पैदावारई आयामों और फे 2 ओ 3 पर वर्दी nanoparticle लोड हो रहा है। अन्य महान धातुओं भी एजी, पंडित, और पी.डी. सहित इस प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जा सकता है। 18 इस प्रक्रिया का एक विशिष्ट लाभ है कि प्रतिक्रिया प्रक्रिया हवा या पानी में किया जा सकता है, और, सिद्धांत रूप में, ऊपर स्केलिंग के लिए उत्तरदायी है। वाणिज्यिक nanomaterials और / या स्केलेबल-गीला रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग बड़े पैमाने पर उपचार अनुप्रयोगों या जैविक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है, क्योंकि इन सामग्रियों को आसानी से उपलब्ध है और कस्टम संश्लेषित सामग्री और प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक किफायती हैं। इन धातु nanostructures की सतह संशोधनों के वैज्ञानिक समुदाय के हित में भी कर रहे हैं। जैविक (surfactants, bifunctional thiols, पॉलिमर, अमीनो एसिड, प्रोटीन, डीएनए) और अकार्बनिक सामग्री (सिलिका, अन्य धातुओं, धातु आक्साइड, आदि) के 19 विभिन्न आगे साथ nanocomposite सामग्री बनाने के लिए लोड किया जा सकता है या क्रियाशील इन सतहों पर की एक संख्या डिजाइन, ज्यामिति,रचनाओं और multifunctional क्षमताओं, जैविक लक्ष्यीकरण, दवा वितरण, संवेदन, इमेजिंग, पर्यावरण आवेदन, आदि के लिए
इसके अतिरिक्त, photothermal तकनीक यहाँ वर्णित विभिन्न सामग्रियों की plasmonic गुण को चिह्नित करने के अच्छी तरह से अनुकूल है, के रूप में थोक तापमान और बड़े पैमाने पर माप अपेक्षाकृत आसानी से उपलब्ध उपकरणों का उपयोग कर प्रदर्शन करने के लिए आसान कर रहे हैं। नमूना तैयार करने और माप की आसानी अन्य plasmonic तकनीक / आवेदन पर एक विशिष्ट लाभ है। उदाहरण के लिए, इस तरह के सतह बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और LSPR संवेदन तकनीक के रूप में अत्यधिक दोनों सब्सट्रेट और लक्ष्य की तैयारी, 20,21 जो repeatability और अधिक चुनौतीपूर्ण नमूने भर में तुलना करता है के प्रति संवेदनशील हैं। ऊपर वर्णित photothermal माप के लिए संभव दोष यह है कि तापमान थोक पैमाने पर और nanoparticle जहां गर्मी transduced है की सतह पर नहीं मापा जाता है। वहाँ थर्मो हैंmetry तकनीक है कि इस स्थानीय तापमान जानकारी, 22-24 प्रदान कर सकते हैं, लेकिन इन अधिक जटिल नमूना तैयार करने की आवश्यकता है, उन्हें लागू करने के लिए और अधिक चुनौतीपूर्ण बना रही है। अंत में, यहाँ वर्णित माप आसानी से विभिन्न प्रक्रियाओं पर photothermal प्रभाव का आकलन करने के अन्य तकनीकों (जैसे, photocatalytic गिरावट) 9 के साथ जोड़ा जा सकता है।
सारांश में, हम संकर के संश्लेषण फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों समाधान और उनके photothermal लक्षण वर्णन का वर्णन किया है। यहाँ तक कि Au के एक 20 × छोटे एकाग्रता के साथ, इन फे 2 ओ 3 -Au नैनोकणों AuNPs के रूप में गर्मी जलीय समाधान photothermally के रूप में कुशलता, संकर सामग्री के फायदे का प्रदर्शन कर रहे हैं। इसके अलावा, संकर संरचनाओं दोनों सामग्री के गुणों को बनाए रखने, चुंबकीय और plasmonic गुणों के साथ एक multifunctional संरचना का निर्माण। ऐसी संरचनाओं जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए दिलचस्प हैं,8 लेकिन कई अतिरिक्त उपयोगों की कल्पना की जा सकती है।
The authors have nothing to disclose.
इस कार्य के लिए वित्तीय सहायता ऊर्जा DOE- प्रयोगशाला निर्देशित अनुसंधान एवं विकास (LDRD) सामरिक पहल कार्यक्रम विभाग द्वारा प्रदान किया गया। हम अपने प्रयोगों के साथ हमें सहायता के लिए अपने समय और विशेषज्ञता उपलब्ध कराने के लिए श्री हेनरी सत्र और श्री चार्ल्स Shick धन्यवाद।
Gold(III) chloride trihydrate | Sigma-Aldrich | 520918 | ≥99.9% trace metals basis |
Iron(III) oxide | Sigma-Aldrich | 544884 | nanopowder, <50 nm particle size (BET) |
Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma-Aldrich | S4641 | ACS reagent, ≥99.0% |
SEM | Hitachi | S8200 | |
TEM | Hitachi | H95000 | |
EDX | Oxford Instruments | SDD – X-Max | |
DLS | Brookhaven Instruments | NanoBrook Omni | |
ICP-MS | Agilent | 7500s | |
UV-Vis-NIR spectrometer | Tec5 MultiSpec | ||
Laser, λ = 532 nm | Del Mar Photonics | DMPV-532-1 | |
Microgram Balance | Mettler Toledo | XP205 | |
Infrared Thermocouples | Omega Engineering | OS801-HT |