Guldpartikler i nanostørrelse er blevet formet til at opføre sig som kloner i biomedicin

At forme nanometriske guldpartikler - på størrelse med milliontedele af en millimeter - for at forbedre deres egenskaber inden for biomedicin og fotonik er blevet muliggjort takket være et særligt lasersystem i et arbejde udført på Universidad Complutense de Madrid (UCM) og nu offentliggjort i Videnskab .

Forskningen, hvori CIC biomaGUNE og Universidad Politécnica de Madrid også deltager, repræsenterer ikke kun en rekord i optisk kvalitet, hvor milliarder af guldnanopartikler opfører sig som en enkelt, men introducerer en ny måde at manipulere og forbedre nanomaterialer ved at bruge lasere som mejsler i hænderne på en billedhugger.

"Ved at bruge ultrahurtige lasere, som er meget intense, men meget korte i varighed (i størrelsesordenen en milliard billioner blink i sekundet), vi har realiseret en verdensrekord i optisk kvalitet, hvor alle de opnåede formede partikler opfører sig som kloner i nanostørrelse", forklarer Andrés Guerrero Martínez, forsker ved Ramón y Cajal-programmet ved Fakultetet for Kemividenskab ved UCM.

Undersøgelsen giver de fysiske og kemiske spor, der kræves for at forstå og kontrollere sådanne nanomaterialer, anses for at være "perfekt" fra et optisk synspunkt.

"Vi har gennem de sidste femten år forsøgt at få identiske nanopartikler, så de alle har den samme farve, og deres anvendelser er mere effektive. I dette arbejde, vi har fokuseret på brugen af ​​guld nanorods, hvor minimale variationer i deres længde eller bredde resulterer i betydelige ændringer i farven på det lys, de absorberer", siger Luis Liz Marzán, videnskabelig direktør for CIC biomaGUNE og forsker ved Ikerbasque-programmet.

Fra tumorbehandling til forureningssanering

Anvendelsen af ​​nanopartikler er afhængig af deres evne til at absorbere og reflektere lys af en bestemt farve på en overraskende effektiv måde. Disse såkaldte plasmoniske effekter resulterer i optiske egenskaber, som ikke kan opnås med metaller af større dimensioner, selv på millimeterskalaen.

Disse egenskaber kan bruges til et stort antal nyttige applikationer, i mange tilfælde, var ikke muligt indtil nu. Inden for medicin, ikke kun lyset, der reflekteres af disse partikler, kan bruges til at diagnosticere sygdomme, men deres lysabsorberende egenskaber kan også udnyttes til at inducere frigivelse af varme til, for eksempel, behandling af tumorer på en lokaliseret måde, dermed minimere de sædvanlige bivirkninger ved nuværende behandlinger.

"Plasmoniske partikler har også fundet anvendelser inden for områder som informationsteknologi, energiproduktion, eller miljøforureningskontrol, blandt andre", siger Guillermo González Rubio, medforfatter af papiret, som har opnået sin ph.d. ved UCM under supervision af Andrés Guerrero Martínez og Luis Liz Marzán.

En anden nyhed i dette arbejde er anvendelsen af ​​ultrahurtige lasere til at forme partiklernes geometri og forfine deres egenskaber. I dette tilfælde, Luis Bañares, professor ved UCM og medforfatter til artiklen, arbejder på Ultrafast Laser Center (CLUR) på UCM.

Desuden, for at forstå den kemiske og fysiske natur af formningsprocessen, standard karakteriseringsteknikker (spektroskopi og elektronmikroskopi) er blevet anvendt, samt nye teoretiske modeller og avancerede computersimuleringsteknikker.

Ifølge Ovidio Rodríguez Peña, en forsker ved UPM, "Demonstrationen af ​​dette mål og forklaringen af ​​de processer, der tillader det at ske, repræsenterer et paradigmeskifte, der kan åbne nye veje for udvikling af nanomaterialer med forbedrede egenskaber og anvendelser".