Kontrolleret opvarmning af nano-guldpartikler – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Kontrolleret opvarmnin...

14. januar 2011

Kontrolleret opvarmning af nano-guldpartikler

Bittesmå guldpartikler er gode til at overføre varme og kan være et lovende redskab til at lave en lokal opvarmning f.eks. i en levende celle. Forskere på Niels Bohr Institutet har med nye forsøg målt den ekstremt nøjagtige temperatur på guldkugler i nanostørrelse og undersøgt deres evne til at smelte cellers omgivende fedtmembraner og dermed bane vejen for at opløse syge celler. Resultaterne er offentliggjort i det ansete tidsskrift Nano Letters.

Guld-partikler har en stærk sammenkædning med lys i forhold til deres størrelse, og netop deres fysiske størrelse giver dem forskellig farve. Farven er et resultat af, hvor stærkt en guld-partikel spreder og absorberer lys ved forskellige bølgelængder. Da lyset opvarmer guld-partiklen, har farven derfor betydning for dens temperatur.

Bittesmå guldpartikler opvarmes med infrarødt lys
fra en optisk pincet, og den varme guldpartikel
føres tættere og tættere hen imod en kunstig
cellemembran. Da man ved, hvornår fedtstofferne
smelter, kan man observere dem og beregne
kuglens præcise temperatur.

Forskningen foregår i Optisk Pincet gruppen på Niels Bohr Institutet. En optisk pincet er et avanceret instrument, som ved hjælp af ekstremt fokuseret laserlys kan fange og fastholde guldkugler i nanometer-skala. En nanometer er en millionde-del af en millimeter og altså ekstremt småt. Guldkuglerne er mellem 60 og 200 nanometer i størrelse.

"Kuglerne opvarmes med infrarødt lys fra den optiske pincet, og ved at skrue op og ned for lyset kan man styre varmen", fortæller ph.d.-studerende i biofysik, Anders Kyrsting, der sammen med sine kollegaer fra Optisk Pincet gruppen har udført forskningen.

Men præcist hvor varme bliver de ekstremt små guldkugler? Det er vigtigt at vide den helt præcise temperatur for at have fuld kontrol over situationen. Kuglerne er for små at måle direkte på, så istedet kan man måle indirekte på deres virkning.

Varmen fra guld nanopartikler, fanget i en
optisk pincet, er nu blevet nøjagtigt målt af
forskere ved Niels Bohr Institutet. Varmen
skyldes absorption af infrarødt lys og er svær
at måle, da den aftager til omtrent det halve
hver gang afstanden til partiklen øges med
størrelsen af guldpartiklen.

Anders Kyrsting førte den varme guldpartikel tættere og tættere hen imod en kunstig cellemembran, der består af fedtstoffer. Helt tæt på smelter fedtstofferne, og da man ved præcist, hvornår bestemte fedtstoffer smelter, kan på den måde beregne guldkuglernes temperatur. Det har vist sig, at guldpartiklerne er i stand til at nå adskillige hundrede grader ved en lysstyrke på under 1 watt.

Skånsom og effektiv

Det at have en varm partikel betyder, at man har et redskab, som man kan bruge – en lillebitte varmekilde, som er skarpt afgrænset. Ved at smelte fedtstofferne i en cellemembran vil cellen blive opløst – dræbt. Men kun dén celle.

"Varmen aftager så hurtigt, at blot radius'en af én guld-partikel fra overfladen er varmen det halve af temperaturen ved overfladen. Dvs. at en typisk cellelængde væk fra partiklen, vil varmen være aftaget så meget, at det er uskadeligt", udtaler Anders Kyrsting.

"Teknikken kan ligeledes benyttes som et redskab til at ændre temperatur på få mikrosekunder. Da temperaturen fra overfladen af en opvarmet guld-nanopartikel aftager med flere hundrede grader per mikrometer, er det f.eks. muligt at have to separate tilstande – en flydende og en fast form i kunstige cellesystemer, som består af små fedt-blærer. Her vil grænse-fladen mellem de to tilstande være meget skarp, hvilket er nyttigt, hvis man ønsker at studere cellemembraner", siger Anders Kyrsting.

Artikel i Nano Letters >>