金纳米星/双锥的可控制备、光热转换及体外光热治疗

采用种子生长法,分别制备了金纳米星和金纳米双锥,利用透射电子显微镜、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等对样品进行了表征,并评价了金纳米星和金纳米双锥的光热转换性能、生物相容性以及体外光热治疗性能。结果表明,金纳米星和金纳米双锥的UV-Vis吸收峰位于808 nm和815 nm左右。在808 nm激光辐照下,光热转换效率分别为48.43%和53.68%。细胞实验表明,金纳米星和金纳米双锥具有良好的生物相容性。808 nm激光辐照5 min后,MCF-7细胞存活率分别降至22.54%和13.73%;且在同等条件下,金纳米双锥具有更加优异的光热治疗性能,是一种安全、高性能的肿瘤光热治疗用纳米探针材料。     

纳米 Au 球壳材料的制备及其近红外光热转换性质

报道了一种采用湿化学法,以Ag纳米球为模板合成纳米Au球壳水溶胶的新方法,并对这种材料的光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,Au纳米颗粒呈球壳结构,粒径约为20nm,粒径分布比较均匀,无明显硬团聚体存在。随着氯金酸加入量的增加,Au球壳的吸收峰位置从可见区(-400nm)逐渐红移至近红外区(-800nm)。测量了不同浓度的Au球壳水溶胶经近红外激光照射后的温度变化。结果表明,经1．9W／mm^2的808nm近红外光照射10min,温度最高升高了5．5℃。由于800—1200nm是人体组织的透射窗口,肿瘤细胞在42℃左右即可被杀死,这种纳米Au球壳材料有望在利用光热转换的红外热疗中得到应用,并有可能利用光动力实现药物释放。     

近红外光热转换纳米晶研究进展

近红外光热转换纳米晶材料因其在近红外区(普遍位于780~1 400 nm)的高效光热转换性能,已广泛应用于光热杀死癌细胞、肿瘤治疗、海水淡化等领域。因其多样的液相制备方法和形貌控制、纳米结构复合、逐渐提高的光热转换效率以及表面易于药物修饰等优点,该材料在光热成像诊断、光热治疗等领域引起了学术界的广泛关注。本文综述了近红外光热转换纳米晶的研究进展,主要包括贵金属纳米晶、铜硫族半导体纳米晶、碳相关纳米晶以及这些纳米晶材料构成的复合结构,同时介绍了具有较高光热转换效率的表面等离子体共振(SPR)材料的研究进展,尤其是双模态SPR性质的耦合在光热转换领域的应用前景。基于其性能协同耦合的特性,双模态表面等离子体共振耦合的复合纳米晶将是近几年光热转换纳米晶发展的重要方向。     

一种金纳米球复合稀土Eu3+功能纳米材料的制备及光热监测应用

光热治疗基于光热药剂在激光照射下产生热量,进而高温杀死肿瘤细胞,因而实时监测光热过程中微观温度变化对于优化治疗效果具有十分重要的作用。稀土Eu~(3+)配合物的发光具有线谱、长荧光寿命以及对温度高度敏感的特点,利用Eu~(3+)配合物的温敏特性可检测光热过程中的温度变化,整合温度监测功能和光热特性的纳米体系在光热治疗领域具有很好的应用前景。本文制备了一种内部封装温度敏感探针Eu~(3+)配合物且表面复合金纳米球的功能纳米颗粒,将该功能纳米颗粒分散液置于不同的温度环境中,发现其荧光性能对温度具有高的响应灵敏度,即Eu~(3+)的特征发射峰(615 nm)强度随温度升高降低52.7%,表明该稀土荧光温度纳米传感器具有高的温度敏感性。在激光辐照下,功能纳米颗粒可以产生良好的光热现象,基于自身的温敏特性可实时对光热特性进行温度监控。     

纳秒脉冲激光特性对金纳米球光声响应的影响

由于局部表面等离激元共振现象,金纳米颗粒具有显著的光热效应,而近年来随着人们对精准医疗和非介入性组织成像的需要,作为纳米颗粒光热衍生效应的金纳米颗粒光声效应得到了人们的广泛关注.金纳米颗粒自身特性对其光声效应的影响目前已经得到一定的研究,而对于脉冲激光特性对其光声效应的影响尚缺乏深入探讨,因此,本文对金纳米球在不同脉冲...     

卟啉纳米技术:探索生物光子学新视角

我们最新发现了卟啉纳米,第一种集多种功能与优良光学特性于一身、全部有机的纳米颗粒。这种纳米颗粒通过卟啉脂质自组装形成一个约100nm的类脂质体结构,该颗粒上极高的卟啉密度(>80 000每颗粒)使其能够高效吸收光能并转换成热能,成为理想的光热治疗以及光声成像的载体,也能够进行荧光成像以及光动力治疗。此外,卟啉纳米也可通过螯合金属离子进行PET和MRI成像。通过改变卟啉脂质组装,开发了一系列不同尺寸和生物光学功能的卟啉纳米和微米颗粒,如卟啉纳米碟、卟啉纳米微泡、卟啉微反应器、卟啉-金纳米颗粒等。有别于传统"搭积木"式的多功能纳米载体,卟啉纳米内在的多功能特性和超简单的结构代表了一种全新的纳米颗粒设计概念,具有临床转化的前景。     

银纳米链状材料的制备及近红外吸收性质

报道了利用水/油相界面反应,采用湿化学法合成银纳米链状材料的方法,并对这种材料的近红外吸收性质和光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,银纳米材料为链状结构,直径约为50nm,长度分布范围较宽,从几十纳米至几百纳米。这种材料具有强的近红外吸收特性,随着还原剂加入量的增加,吸收带逐渐展宽(800～1300nm),而且平坦。这种材料具有优异光热转换性质,一经808nm激光照射,温度迅速提高。该材料优异的近红外吸收和光热转换性质,使其在红外断层成像和近红外热疗等领域具有广阔的应用前景。     

低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N₂)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明： 300 ℃,25 min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75 nm;退火温度从300 ℃逐渐升高到400 ℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400 ℃逐渐升高到500 ℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。     

光热膨胀材料的光谱特性分析及微型光热驱动机构研究

光热膨胀材料的光谱特性是影响微型光热驱动机构性能的关键因素,该文在理论分析的基础上,采用单积分球测量法对四种聚合物材料的反射光谱及吸收特性进行了实验测量,据此选择制作光热驱动机构的最佳光热膨胀材料,发现掺杂染料的高密度聚乙烯(HDPE)材料在600～690 nm的范围内有较强烈的吸收.选取HDPE作为光热膨胀材料,设计制作了一种长度1 500 μm的微型光热驱动机构,并采用自行研制的CCD显微监控和视频运动测量系统进行了驱动机构的驱动性能测量实验.研究结果表明,在10 mW/650 nm的半导体激光器驱动下,该微型光热驱动机构可以产生18.7 μm的光热偏转量,说明其具有良好的光谱吸收和光热转换特性,可望在微光机电系统(MOEMS)中获得广泛应用.     

纳米颗粒对金属陶瓷光热转换涂层选择吸收特性的影响

以双金属、氮化物和氧化物作为吸光组元的金属陶瓷涂层是一类极具发展潜力的耐高温光热转换涂层，为了明确其光谱选择性吸收机理，采用第一性原理计算和有限差分时域(FDTD)法研究了WTi、Cr₂O₃和TiN的能带结构、电子结合特性和分布特征对选择吸收特性的影响。研究结果表明：WTi双金属纳米颗粒因Ti的掺杂会产生强烈的原子轨道杂化，导致能带上移和带宽变窄，可以强化对电子的局域限制，有助于增强带间耦合作用和表面等离子体激元共振效应；Cr₂O₃氧化物纳米颗粒中存在较窄的禁带，键长易发生变化，故在高温下其光吸收机制会从电子跃迁方式向表面等离子体激元共振效应转变；TiN氮化物纳米颗粒中不存在禁带，体现出更广的光吸收波长范围，同时颗粒间稳定的键长和较高的载流子浓度增强了体系的稳定性和自由载流子光吸收效应。此外，FDTD模拟发现，小尺寸纳米颗粒在0.3～1.5μm波段内具有很高的吸收系数，而大尺寸纳米颗粒虽然吸收系数不高，但是具有更高的散射系数。基于此，创新性地提出了多尺度分层化金属陶瓷光热转换涂层的组织构筑策略，使不...     

Work Function Measurement of Lanthanum - Boron Compounds

The La-B system was studied between LaB4.24 and LaB29.2, and between 1400 and 2100 K to determine the phase relationship, the chemical activity of the components, the vaporization rate and the vapor composition. A blue colored phase near LaB9 was found to exist between purple colored LaB6 and elemental boron. Diffusion is so much slower than vaporization that large composition differences can exist between the surface and the interior which, nevertheless, produce a steady state loss rate from freely vaporizing material. The flux at 1700 K is 6 × 10-10 g/cm2-sec for LaB4 + LaB6 and 7 × 10-11 g/cm2-sec for LaB6 + LaB9. There is an activation energy which lowers the vaporization rate of boron from LaB6. Freely vaporizing material will have a steady state surface composition between LaB6.04 and LaB6.07, depending on temperaure, purity and interior composition. The free energy of formation of LaB6 is (0.071T-351) kJ/mole between 1700 K and 2100 K.     

高光谱吸收微纳结构表面提高太阳能温差发电性能的研究

采用飞秒激光等离子体丝（飞秒光丝）在金属铝箔表面以不同飞秒光丝扫描速度（5,15,25,35和45 mm·s-1）制备了微纳结构表面,并在太阳光能量主要覆盖的光谱范围（330～890 nm）内对其进行了反射率测量,发现飞秒光丝制备的微纳结构表面具有显著的高光谱吸收特性,并且飞秒光丝扫描速度越慢,光谱吸收率越强,5 mm·s-1条件下微纳结构表面光谱吸收率达97%以上。将制备的高光谱吸收微纳结构表面作为温差发电片（TEG）光吸收体,以此为基础构建了考虑太阳光辐照及温差发电模块（即TEG模块：结合微纳结构表面的TEG）散热情况的仿真实验环境并进行发电功率测量。研究结果表明,具有微纳结构的铝表面（5 mm·s-1制备条件下）与抛光铝箔或裸发电片相比,光电转化效率（发电效率）可分别提高43.3和10.7倍。进一步研究了TEG模块的温差发电的过程与机理,将TEG模块的温差发电过程分为光热（光能转化为热能）与热电（热能转化为电能）两个转化过程分析：首先在光热转化过程中,微纳结构表面增强了太阳光吸收效率,为光热转化提供更多的光子能量,实现了其在表面更多的热量沉积,进而在之后的热电转化过程中,更多的热能沉积使得TEG模块的载流子迁移率得到了很大提升,这样在同样的温差（发电片冷热端的温度差值）条件下,微纳结构表面与普通表面相比可以获得更高的热电转化效率。因此,微纳结构表面的高光谱吸收性能使得TEG模块经光热转化后得到的高热能沉积使载流子迁移率得到了提高,进而显著提升了TEG模块发电性能,这是微纳结构表面增强TEG温差发电效率的主要原因。这一机理的揭示,为TEG模块发电性能的进一步优化和提升提供了理论依据,对TEG模块的实际应用具有重要的意义。     

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。     

Optimal design of gold nanoshells for optical imaging and photothermal therapy

Gold nanoshells are of great interest in optical imaging based on their light scattering properties and photothermal therapy due to their light absorption properties. Strong light scattering is essential for optical imaging, while effective photothermal therapy requires high light absorption. In this article, the optimal core radii and shell thicknesses of silica–gold and hollow gold nanoshells, possessing maximal light scattering and absorption at wavelengths between 700 and 1100 nm, are obtained using the Mie theory of a coated sphere. The results show that large-sized gold nanoshells of high aspect ratios (the aspect ratio is defined as the ratio of core radius to shell thickness) are the efficient contrast agents for optical imaging, while smaller gold nanoshells of high aspect ratios are the ideal therapeutic agents for photothermal therapy. From the comparison of the numerical results for silica–gold and hollow gold nanoshells, the latter are seen to offer a little superior light scattering and absorption at smaller particle size. Fitting expressions for the optimal core radii and shell thicknesses are also obtained, which can provide design guidelines for experimentalists to optimize the synthetic process of gold nanoshells.     

细胞外溶液的近红外光热响应取决于其吸收特性

光热效应是激光与生物组织相互作用中的一个主要因素, 但其产生、传输和作用机理尚不十分清晰. 本文采用双波长近红外激光辐照和膜片钳技术相结合的方法, 选择980 nm和845 nm两个波长的近红外激光, 因其在水中的吸收系数分别为0.502 cm^-1和0.0378 cm^-1, 接近十倍差异. 若溶液是产生光热响应的主要介导物质, 则期望这两个波长的激光辐照所产生的溶液温升也将呈现相应的十倍比例关系. 研究中把溶液光热响应过程分为温升的建立和耗散两个阶段. 在温升建立阶段,理论模型的建立采用长时程 (激光作用时程长于介质的热弛豫时间)作用理论的研究结果, 实验是使用膜片钳系统来测量细胞外溶液中, 已进行温度标定的、充灌溶液的玻璃微电极电导变化, 根据这个电导变化来定量研究溶液光热响应与其吸收特性的关联性; 在耗散阶段, 使用膜片钳系统监测神经细胞的电生理功能变化. 理论和实验两方面的结果都表明, 溶液对低强度近红外激光的吸收特性决定了其光热响应. 这一结果, 可以直接用于生物组织光热响应特性相关的机理研究. 关键词： 光热响应 双波长的方法 近红外激光和生物组织相互作用 空电极方法     

磷化铟纳米晶的制备及光学性质研究

阐述了目前国内外的磷化铟纳米晶研究状况。用有机溶剂回流退火法制备出了磷化铟纳米晶，并通过XRD谱计算出平均粒径为55nm。喇曼光谱表明：由于纳米颗粒的量子尺寸效应, 2个散射峰都向低能量方向发生了较大的移动。UV VIS表明样品的吸收边相对于体块InP（970nm）发生了显著的蓝移，说明带隙变宽，表现出明显的量子尺寸效应。PLE谱在380nm时，PL谱峰在573nm时,相对于体块InP的红外区的荧光光谱发光峰发生了显著的蓝移，说明磷化铟纳米晶在光电子器件领域和非线性光学领域有非常好的应用前景。     

Energy-filtered TEM imaging and EELS study of ODS particles and argon-filled cavities in ferritic-martensitic steels

Oxide-dispersion-strengthened (ODS) ferritic-martensitic steels with yttrium oxide (Y(2)O(3)) have been produced by mechanical alloying and hot isostatic pressing for use as advanced material in fusion power reactors. Argon gas, usually widely used as inert gas during mechanical alloying, was surprisingly detected in the nanodispersion-strengthened materials. Energy-filtered transmission electron microscopy (EFTEM) and electron energy loss spectroscopy (EELS) led to the following results: (i) chemical composition of ODS particles, (ii) voids with typical diameters of 1-6 nm are formed in the matrix, (iii) these voids are filled with Ar gas, and (iv) the high-density nanosized ODS particles serve as trapping centers for the Ar bubbles. The Ar L(3,2) energy loss edge at 245 eV as well as the absorption features of the ODS particle elements were identified in the EELS spectrum. The energy resolution in the EEL spectrum of about 1.0 eV allows to identify the electronic structure of the ODS particles.     

Enhancement of the 808 nm Photothermal Effect of Gold Nanorods by Thiol‐Induced Self‐Assembly

Gold (Au) nanomaterials are promising photothermal agents for the selective treatment of tumor cells owing to the strong capability to convert near‐infrared (NIR) irradiation into heat energy. One basic issue for practical photothermal therapy is the enhancement of photothermal effect in NIR region. Here, various low‐molecular‐weight thiols are applied to induce one‐dimensional (1D) self‐assembly of Au nanorods (NRs), which leads to the redshift of absorption peak towards NIR region. As a result, the 1D assembled Au NRs exhibit improved photothermal effect at 808 nm in comparison to unassembled Au NRs.     

Gold Nanocages as Effective Photothermal Transducers in Killing Highly Tumorigenic Cancer Cells

Numerous gold nanostructures have the potential for photothermal therapy in cancers. Here, gold nanocages and gold nanoshells are synthesized, the sizes of which are fine‐tuned for a response at 750 nm wavelength. Their photothermal therapeutic efficiency is compared at gold concentration of 100 lg mL^?1 using a near‐infrared laser (750 nm). The biocompatibility for varying concentrations of gold (1 to 100 lg mL^?1) is performed in a normal cell line and laser‐mediated cell cytotoxicity for varying time intervals (7.5 and 10 min) is carried out in breast cancer cells. This study shows that when analyzed under similar conditions, the gold nanocages show better biocompatibility and are more efficient in near‐infrared absorption and photothermal conversion in comparison with conventional gold nanoshells. When subjected to photothermal laser ablation of breast cancer cell line for 7.5 min and 10 min, the nanocages are able to induce 62.92 ± 3.25% and 96.41 ± 3.04% reduction in cell viability, respectively, in comparison to nanoshells, in which a 43.35 ± 1.91% and 79.89 ± 4.74% reduction in cell viability is observed. The current study shows that the gold nanocages can outperform gold nanoshells and effectively kill cancer cells without any significant cytotoxic effect on normal cells.     

PbSe量子点近红外光源的CH_4气体检测

研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源,其光致发光谱较窄,能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出5.1 nm的PbSe量子点,并将其沉积到Ga N芯片上(沉积厚度为165.5μm),经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm,光致发光峰位于1 665 nm,其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH_4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH_4气体浓度检测实验,结果表明,系统的检测下限可以达到100×10~(-6),检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点,将其应用在气体检测中时可以略去滤光片,其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。