Kleine gouddeeltjes zijn goed voor het overbrengen van warmte en kunnen een veelbelovend hulpmiddel zijn voor het creëren van lokale verwarming in, bijvoorbeeld, een levende cel. Bij nieuwe experimenten Duitse onderzoekers van het Niels Bohr Instituut hebben de temperatuur van gouddeeltjes van nanogrootte met extreme precisie gemeten en hebben hun vermogen onderzocht om de lipidemembranen rond cellen te smelten, de weg vrijmaken voor het oplossen van zieke cellen. De resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nano-letters .

Gouden nanodeeltjes hebben een sterke interactie met licht in verhouding tot hun grootte en het is juist hun fysieke grootte die hen verschillende kleuren geeft. De kleur is het resultaat van hoe sterk een gouddeeltje licht op verschillende golflengten verstrooit en absorbeert. Daarom, wanneer het licht het gouddeeltje verwarmt, de kleur heeft betekenis voor de temperatuur.

Het onderzoek is uitgevoerd in de Optical Pincet Group van het Niels Bohr Instituut. Optische pincetten zijn geavanceerde instrumenten, die met behulp van een extreem gericht laserlicht gouddeeltjes op nanometerschaal kan vangen en vasthouden. Een nanometer is een duizendste van een millimeter en daarom erg klein. De gouddeeltjes zijn tussen de 60 en 200 nanometer groot.

"De deeltjes kunnen worden verwarmd met infrarood licht van het optische pincet en door het licht op en neer te draaien, kunt u de warmte regelen", legt promovendus biofysica uit, Anders Kyrsting, die het onderzoek samen met zijn collega's van de Optical Pincet-groep uitvoerde.

Maar hoe heet worden de extreem kleine gouddeeltjes precies? Het is belangrijk om de exacte temperatuur te kennen om volledige controle over de situatie te hebben. De deeltjes zijn te klein om direct te meten, dus u kunt in plaats daarvan indirect meten op basis van hun effect.

Anders Kyrsting bracht de hete gouddeeltjes steeds dichter bij een kunstmatig celmembraan dat uit lipiden bestaat. Dichtbij smelten de lipiden en als je precies weet wanneer bepaalde lipiden smelten kun je hiermee de temperatuur van de gouddeeltjes berekenen. Het blijkt dat de gouddeeltjes enkele honderden graden kunnen bereiken bij een lichtintensiteit van minder dan 1 watt.

Zacht en effectief

Het hebben van een heet deeltje betekent dat je een hulpmiddel hebt dat je kunt gebruiken - een kleine warmtebron, die goed gedefinieerd is. Door het smelten van de lipiden in een celmembraan wordt de cel opgelost – gedood. Maar alleen die cel.

"De warmte neemt zo snel af dat op slechts een straal van een gouddeeltje van het oppervlak, de hitte is de helft van de temperatuur dan aan het oppervlak. Het is te zeggen, dat een typische cellengte verwijderd van het deeltje de warmte zo veel zal zijn afgenomen dat het onschadelijk is", legt Anders Kyrsting uit.

"De techniek kan ook worden gebruikt als een hulpmiddel om de temperatuur in een paar microseconden te veranderen. Wanneer de temperatuur van het oppervlak van een verwarmd gouden nanodeeltje enkele honderden graden per micrometer daalt, het is, bijvoorbeeld, mogelijk om twee afzonderlijke toestanden te hebben - een vloeibare en een meer vaste vorm in kunstmatige celsystemen bestaande uit kleine lipide-blaasjes. Hier zal het grensoppervlak tussen de twee staten heel duidelijk zijn, wat handig is als je celmembranen wilt bestuderen", legt Anders Kyrsting uit.