p (Phys.org) - Nanopartículas de ouro plasmônico tornam possível o aquecimento preciso sob demanda. Agora, os pesquisadores da Rice University descobriram uma maneira de aquecer seletivamente diversas nanopartículas que poderiam promover seu uso na medicina e na indústria. p Cientistas de arroz liderados por Dmitri Lapotko e Ekaterina Lukianova-Hleb mostraram nanopartículas de ouro comuns, conhecido desde o século 19 como colóides de ouro, aquece em comprimentos de onda próximos ao infravermelho tão estreitos quanto alguns nanômetros quando atingidos por pulsos muito curtos de luz laser. O efeito surpreendente relatado em Materiais avançados parece estar relacionado à excitação óptica não estacionária de nanopartículas plasmônicas. Plasmons são elétrons livres na superfície de metais que ficam excitados com a entrada de energia, normalmente da luz. Plasmons em movimento podem transformar energia óptica em calor.

p "A ideia principal com nanopartículas de ouro e plasmônicos em geral é converter energia, "Lapotko disse." Há dois aspectos nisso:um é a eficiência com que você pode converter energia, e aqui as nanopartículas de ouro são campeãs mundiais. Sua absorvância óptica é cerca de um milhão de vezes maior do que qualquer outra molécula na natureza.

p "O segundo aspecto é a precisão com que se pode usar a radiação laser para fazer essa conversão fototérmica acontecer, ", disse ele. As partículas tradicionalmente respondem a amplos espectros de luz, e não muito na valiosa região do infravermelho próximo. A luz infravermelha próxima é invisível para a água e, mais criticamente para aplicações biológicas, para o tecido.

p "Esse era o problema, "Lapotko disse." Todas as nanopartículas, começando com coloides de ouro maciço e passando para os mais sofisticados, nanoconchas de ouro projetadas, nanorods, gaiolas e estrelas, têm espectros muito amplos, normalmente cerca de 100 nanômetros, o que significa que podíamos usar apenas um tipo de nanopartícula por vez. Se tentássemos usar tipos diferentes, seus espectros se sobrepuseram e não nos beneficiamos da alta sintonia dos lasers. "

p A descoberta permite pulsos de laser controlados para ajustar o espectro de absorbância de coloides de ouro puro, Disse Lapotko. "Esta nova abordagem é contra o paradigma estabelecido que assume que as propriedades ópticas das nanopartículas são predefinidas durante a sua fabricação e permanecem constantes durante a sua excitação óptica, " ele disse.

p O laboratório Rice mostrou que nanopartículas básicas de ouro coloidal podem ser ativadas com eficiência por um pulso de laser curto a 780 nanômetros, com uma amplificação de 88 vezes do efeito fototérmico visto com um laser contínuo. Os pesquisadores repetiram seu experimento com aglomerados de nanopartículas em água, em células cancerosas vivas e em animais, com os mesmos resultados ou melhores:eles mostraram picos espectrais de dois nanômetros de largura. Esses estreitos espectros fototérmicos nunca foram vistos para nanopartículas de metal, individualmente ou em grupos.

p O efeito parece depender de nanobolhas de vapor que se formam quando as partículas aquecem o líquido em seu ambiente imediato. As nanobolhas crescem e explodem em um instante. "Em vez de usar a nanopartícula como dissipador de calor com um contínuo, laser estacionário, estamos criando um transiente, situação não estacionária em que a partícula interage com o laser incidente de uma maneira totalmente diferente, "Lapotko disse. Ele disse que o efeito é repetível e funciona com pulsos de laser menores que 100 picossegundos.

p Melhor ainda, um experimento com nanobastões e nanoconchas mistos descobriu que eles respondiam a pulsos de laser com fortes, sinais distintos em comprimentos de onda de 10 nanômetros de distância. Isso significa que dois ou mais tipos de nanopartículas no mesmo local podem ser ativados seletivamente sob demanda.

p "As nanopartículas que usamos não eram nada sofisticadas; foram usadas no século 19 por Michael Faraday, e acreditava-se que eles não podiam fazer nada no infravermelho próximo, "disse ele." Essa foi a principal motivação para as pessoas inventarem nanorods, nanoconchas e outras formas. Aqui, provamos que essas partículas baratas podem se comportar muito bem no infravermelho próximo. "Ele disse que a descoberta abre a possibilidade de que muitas nanopartículas de metal possam ser usadas em aplicações biomédicas e industriais, onde a seletividade espectral e o ajuste proporcionam uma precisão" sem precedentes ".

p "Este é ainda mais um fenômeno do que um mecanismo firmemente estabelecido, com uma boa base teórica, "Lapotko disse." Mas quando totalmente esclarecido, pode se tornar uma ferramenta universal. "