Kontrolleret opvarmning af guld nanopartikler

Små guldpartikler er gode til at overføre varme og kan være et lovende værktøj til at skabe lokaliseret opvarmning i, for eksempel, en levende celle. I nye forsøg, Tyske forskere ved Niels Bohr Institutet har målt temperaturen på guldpartikler i nanostørrelse med ekstrem præcision og har undersøgt deres evne til at smelte lipidmembranerne omkring cellerne. bane vejen for opløsning af syge celler. Resultaterne er blevet offentliggjort i det ansete tidsskrift Nano bogstaver .

Guld nanopartikler har et stærkt samspil med lys i forhold til deres størrelse, og det er netop deres fysiske størrelse, der giver dem forskellige farver. Dens farve er resultatet af, hvor stærkt en guldpartikel spreder og absorberer lys ved forskellige bølgelængder. Derfor, når lyset opvarmer guldpartiklen, farven har betydning for dens temperatur.

Forskningen blev udført i Optical Pincet Group på Niels Bohr Institutet. Optisk pincet er sofistikerede instrumenter, som ved hjælp af et ekstremt fokuseret laserlys kan fange og fastholde guldpartikler på en nanometerskala. En nanometer er en tusindedel af en millimeter og derfor meget lille. Guldpartiklerne er mellem 60 og 200 nanometer store.

"Partiklerne kan opvarmes ved hjælp af infrarødt lys fra den optiske pincet og ved at skrue lyset op og ned kan du styre varmen", forklarer ph.d.-studerende i biofysik, Anders Kyrsting, som udførte forskningen sammen med sine kolleger fra gruppen af ​​optiske pincet.

Men præcis hvor varme bliver de ekstremt små guldpartikler? Det er vigtigt at kende den præcise temperatur for at have fuldstændig kontrol over situationen. Partiklerne er for små til at måle direkte, så du i stedet kan måle indirekte på deres effekt.

Anders Kyrsting bragte de varme guldpartikler tættere og tættere på en kunstig cellemembran bestående af lipider. Når det er helt tæt, smelter lipiderne, og hvis du ved præcis, hvornår visse lipider smelter, kan du bruge dette til at beregne temperaturen på guldpartiklerne. Det viser sig, at guldpartiklerne er i stand til at nå flere hundrede grader ved en lysintensitet på mindre end 1 watt.

Skånsom og effektiv

At have en varm partikel betyder, at du har et værktøj, du kan bruge – en lillebitte varmekilde, som er veldefineret. Ved at smelte lipiderne i en cellemembran vil cellen blive opløst – dræbt. Men kun den celle.

"Varmen falder så hurtigt, at kun en radius af en guldpartikel fra overfladen, varmen er halvdelen af ​​temperaturen, end den er ved overfladen. Det vil sige, at en typisk cellelængde væk fra partiklen vil varmen være faldet så meget, at den er ufarlig", forklarer Anders Kyrsting.

"Teknikken kan også bruges som et værktøj til at ændre temperaturer på få mikrosekunder. Når temperaturen fra overfladen af ​​en opvarmet guldnanopartikel falder flere hundrede grader pr. det er, for eksempel, muligt at have to separate tilstande - en flydende og en mere fast form i kunstige cellesystemer bestående af små lipidvesikler. Her vil grænseoverfladen mellem de to stater være meget tydelig, hvilket er nyttigt, hvis du vil studere cellemembraner", forklarer Anders Kyrsting.