Perfect bolvormige gouden nanodruppeltjes geproduceerd met kleinste nanojets ooit

KU Leuven-onderzoeker Ventsislav Valev en een internationaal team van wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de optische manipulatie van materialen op nanoschaal. Plasmonische hotspots - gebieden die door een elektrische stroom zeer lokaal opwarmen - kunnen nanostructuren uit goud smelten en de kleinste nanojets ooit waargenomen produceren. De minuscule gouden nanodruppeltjes gevormd in die nanojets zijn perfect sferisch, wat interessant is voor medische toepassingen

Het fenomeen van de ‘backjet' waarop de methode steunt, is vergelijkbaar met wat er gebeurt wanneer een steen in het water valt. Nauwkeurig gerichte ultrasnelle laserpulsen dragen voldoende energie in zich om lokaal het oppervlak van een goudfilm te doen smelten. Wanneer de laserpuls de film raakt, zal een backjet op nanoschaal, een nanojet, van gesmolten goud oprijzen.

Hotspots

De naam suggereert het al: nanojets op het oppervlak van een homogene goudfilm zijn erg klein. De precieze omvang hangt af van de energiedistributie in de lichtpuls. Die energiedistributie is afhankelijk van de golflengte van het licht. Wetenschappers gingen er van uit dat nanojets nooit veel kleiner kunnen zijn dan de golflengte van het licht. Maar Ventsislav Valev en zijn collega's zijn er in geslaagd om nanojets te maken die wel degelijk veel kleiner zijn, met de hulp van 'plasmonische hotspots'.

Dat zijn regio's op het oppervlak van metalen nanostructuren waar invallend licht sterke trillingen van de elektronen teweegbrengt. Elektronentrillingen vormen elektrische stromen die het materiaal verhitten, net zoals een elektrische kookplaat in de keuken. Bijgevolg zijn plasmonische hotspots extreem heet, zo heet zelfs dat ze het goud kunnen doen smelten in een punt dat veel kleiner is dan de golflengte van licht. Dr. Valev en zijn collega's hebben aangetoond dat zo'n piepkleine hoeveelheid gesmolten goud aanleiding kan geven tot de kleinste nanojets ooit waargenomen.

Kankerbehandeling

De gouden nanodruppeltjes die door de nanojet opwaarts gegooid worden, verharden tijdens hun vlucht, zodat er perfect bolvormige nanopartikels worden gevormd. Deze gouden nanodruppeltjes kunnen worden verzameld en zijn bruikbaar voor medische toepassingen, zoals kankerbehandeling. Actieve moleculen kunnen aan de nanopartikels worden gebonden, alvorens ze worden geïnjecteerd in de bloedbaan. Wanneer de moleculen zich aan de kankercellen hebben vastgemaakt, kunnen de nanopartikels opgewarmd worden door licht en zo de kankercellen vernietigen. Tot nogtoe worden nanopartikels in goud voor medische toepassingen geproduceerd langs chemische weg. Die chemische synthese resulteert onvermijdelijk in korrelige partikels. De nanodruppeltjes geproduceerd volgens de plasmonische-nanojetmethode van dr. Valev en zijn collega's daarentegen, zijn perfecte bolletjes, wat een betere effciëntie garandeert.

De studie is een samenwerking tussen wetenschappers uit Duitsland, het Verenigd Koninkrijk, Bulgarije, Rusland en Singapore, en werd gepubliceerd in het recentste nummer van het tijdschrift Advanced Materials