Ученые превратили энергию света в тепло для борьбы с болезнями

Новая технология, включающая крошечные частицы, которые поглощают свет и превращают его в локализованные источники тепла, показывает большие перспективы в нескольких областях, включая медицину. Например, фототермическая терапия, новый тип лечения рака, включает в себя наведение инфракрасного лазерного света на наночастицы вблизи места лечения.

Локальный нагрев в этих системах должен тщательно контролироваться, поскольку живая ткань деликатна. Серьезные ожоги и повреждение тканей могут возникнуть, если нежелательный нагрев происходит в неправильном месте. Способность контролировать повышение температуры имеет решающее значение при разработке этой технологии. Было опробовано несколько подходов, но все они имеют недостатки различного рода, включая необходимость вставлять датчики или вводить дополнительные материалы.

Теперь ученые сообщают о разработке нового метода измерения температуры в этих системах с использованием формы света, известной как терагерцовое излучение. В исследовании участвовали суспензии золотых наностержней различных размеров в воде в небольших кюветах, которые освещались лазером, сфокусированным на небольшом пятне внутри кюветы.
Крошечные золотые стержни поглощали лазерный свет и преобразовывали его в тепло, которое распространялось по воде путем конвекции.

«Мы можем наметить распределение температуры путем сканирования кюветы терагерцовым излучением, получая тепловое изображение», - сказал один из авторов исследования Джулиан Донг.

Исследование также смотрело на то, как температура менялась во времени.

«Используя математическую модель, мы можем рассчитать эффективность, с которой суспензии золотых наностержней преобразовывали инфракрасный свет в тепло», - сказал еще один автор работы Хольгер Брайтенборн.

Самые мелкие частицы золота диаметром 10 нанометров преобразовывали лазерный свет в тепло с максимальной эффективностью, приблизительно 90%. Это значение аналогично предыдущим сообщениям для этих частиц золота, указывая, что измерения с использованием терагерцового излучения были точными.

Хотя более мелкие золотые стержни обладали наивысшей эффективностью преобразования света в тепло, самые большие стержни диаметром 50 нанометров демонстрировали наибольшую молярную скорость нагрева. Это количество было недавно введено, чтобы помочь оценить использование наночастиц в биомедицинских условиях.

«Объединив измерения температурных переходных процессов во времени и тепловых изображений в пространстве на терагерцевых частотах, мы разработали бесконтактный и неинвазивный метод для характеристики этих наночастиц», - сказал третий автор работы Роберто Морандотти.

Представленное исследование предлагает привлекательную альтернативу инвазивным методам и перспективна для биомедицинских приложений, пишет EurekAlert.