Gør lysenergi til varme for at bekæmpe sygdomme

En ny teknologi, der involverer små partikler, der absorberer lys og gør det til lokaliserede varmekilder, viser stort løfte på flere områder, herunder medicin. For eksempel, fototermisk terapi, en ny type kræftbehandling, indebærer, at infrarødt laserlys rettes mod nanopartikler i nærheden af ​​behandlingsstedet.

Lokaliseret opvarmning i disse systemer skal kontrolleres omhyggeligt, da levende væv er sart. Alvorlige forbrændinger og vævsskader kan opstå, hvis der opstår uønsket opvarmning på det forkerte sted. Evnen til at overvåge temperaturstigninger er afgørende for udviklingen af ​​denne teknologi. Flere tilgange er blevet prøvet, men alle har ulemper af forskellig art, herunder behovet for at indsætte prober eller injicere yderligere materialer.

I denne uges udgave af APL Photonics forskere rapporterer udviklingen af ​​en ny metode til måling af temperaturer i disse systemer ved hjælp af en form for lys kendt som terahertz -stråling. Undersøgelsen involverede suspensioner af guld nanoroder af forskellige størrelser i vand i små kuvetter, som blev belyst af en laser fokuseret på et lille sted i kuvetten.

De bittesmå guldstænger absorberede laserlyset og konverterede det til varme, der spredte sig gennem vandet ved konvektion. "Vi er i stand til at kortlægge temperaturfordelingen ved at scanne kuvetten med terahertz -stråling, frembringer et termisk billede, "sagde medforfatter Junliang Dong.

Undersøgelsen undersøgte også måden temperaturen varierede over tid. "Ved hjælp af en matematisk model, vi er i stand til at beregne effektiviteten, hvormed guldnanorod -suspensionerne konverterede infrarødt lys til varme, "sagde medforfatter Holger Breitenborn.

De mindste guldpartikler, som havde en diameter på 10 nanometer, konverterede laserlys til varme med den højeste effektivitet, cirka 90%. Denne værdi ligner tidligere rapporter for disse guldpartikler, angiver målingerne ved hjælp af terahertz -stråling var nøjagtige.

Selvom de mindre guldstænger havde den højeste lys-til-varme-konverteringseffektivitet, de største stænger - dem med en diameter på 50 nanometer - viste den største molare opvarmningshastighed. Denne mængde er for nylig blevet introduceret for at hjælpe med at evaluere brugen af ​​nanopartikler i biomedicinske omgivelser.

"Ved at kombinere målinger af temperaturtransienter i tid og termiske billeder i rummet ved terahertz -frekvenser, vi har udviklet en ikke -kontakt og ikke -invasiv teknik til karakterisering af disse nanopartikler, "sagde medforfatter Roberto Morandotti. Dette værk tilbyder et tiltalende alternativ til invasive metoder og giver løfte om biomedicinske applikationer.