Plasmonische nanodeeltjes zijn extreem gevoelig voor licht, en zelfs de kleinste hoeveelheid kan ervoor zorgen dat deze deeltjes opwarmen. Wetenschappers proberen nu plasmonische nanodeeltjes te gebruiken bij kankertherapie waarbij lichtenergie wordt omgezet in warmte om kankercellen te doden. Het voordeel van een dergelijke behandeling is dat het geen bijwerkingen veroorzaakt die vaak voorkomen bij chemotherapie. Mingyong Han van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en medewerkers hebben nu gouden plasmonische nanokruisen ontwikkeld die bijzonder geschikt zijn voor het elimineren van kankercellen bij kankertherapie. Het team toonde het nut van deze nanokruisen aan door ze te gebruiken om menselijke longkankercellen te doden.

In het algemeen, metalen nanostructuren hebben een bepaalde frequentie waarmee licht elektronen dicht bij hun oppervlak exciteert. De collectieve beweging van elektronen, of resonantie, in het metaal is wat de lichtenergie omzet in warmte. De golflengte waarop de resonantie optreedt is sterk afhankelijk van de grootte en vorm van de nanostructuren.

Voor biomedische toepassingen, de nanostructuren moeten effectief zijn, ongeacht vanuit welke richting ze worden verlicht. Verder, de nanostructuren zouden efficiënt moeten zijn in het absorberen van bijna- tot midden-infrarode golflengten omdat weefsel transparant is voor het licht van deze golflengten.

Op basis van deze eisen, de onderzoekers besloten gouden nanokruisjes te maken (zie afbeelding). Bij normale synthese, echter, goud zou meestal uitgroeien tot de vorm van de nanostaafjes. Om nanokruisen te fabriceren, de onderzoekers voegden koperionen toe aan de groeioplossing. De opname van kleine hoeveelheden koper veroorzaakte een verbroedering van de kristalstructuur van het goud, wat op zijn beurt leidde tot de groei van zijarmen van de kristalfacetten. "De unieke kruisvormige goudstructuur maakt multidirectionele excitatie mogelijk om een ​​sterke plasmonische resonantie in het nabije en midden-infrarode gebied te bereiken. Dit verlaagt het laservermogen dat nodig is voor fotothermische kankertherapie aanzienlijk in vergelijking met nanostaafjes, ’, zegt Han.

De onderzoekers testten de prestaties van hun gouden nanokruisen door hun oppervlakken te modificeren en ze te binden aan menselijke longkankercellen. Bij bestraling met nabij-infrarood laserlicht met een relatief bescheiden vermogen van 4,2 W/cm ² gedurende 30 seconden, alle kankercellen werden gedood. De onderzoekers zijn nu van plan om in toekomstige experimenten de effectiviteit van de gouden nanokruisen op diermodellen te testen.

Andere toepassingen van de gouden nanokruisjes zijn ook mogelijk, inclusief fotothermische beeldvorming, waarin kleine hoeveelheden licht worden omgezet in lokale warmte, of het steriliseren van oppervlakken. “In ons huidige onderzoek we bestuderen gouden nanokruisen voor de fotothermische vernietiging van superbacteriën op biofilms, ’, zegt Han.