En framväxande teknologi som involverar små partiklar som absorberar ljus och förvandlar det till lokala värmekällor visar mycket lovande inom flera områden, inklusive medicin. Till exempel, fototermisk terapi, en ny typ av cancerbehandling, innebär att infrarött laserljus riktas mot nanopartiklar nära behandlingsplatsen.

Lokal uppvärmning i dessa system måste kontrolleras noggrant eftersom levande vävnad är känslig. Allvarliga brännskador och vävnadsskador kan uppstå om oönskad uppvärmning sker på fel ställe. Förmågan att övervaka temperaturökningar är avgörande för att utveckla denna teknik. Flera tillvägagångssätt har prövats, men alla har nackdelar av olika slag, inklusive behovet av att sätta in sonder eller injicera ytterligare material.

I veckans nummer av APL fotonik forskare rapporterar utvecklingen av en ny metod för att mäta temperaturer i dessa system med hjälp av en form av ljus som kallas terahertzstrålning. Studien involverade suspensioner av guld nanorods av olika storlekar i vatten i små kyvetter, som belystes av en laser fokuserad på en liten fläck i kyvetten.

De små guldstavarna absorberade laserljuset och omvandlade det till värme som spreds genom vattnet genom konvektion. "Vi kan kartlägga temperaturfördelningen genom att skanna kyvetten med terahertzstrålning, producerar en värmebild, " sa medförfattaren Junliang Dong.

Studien tittade också på hur temperaturen varierade över tiden. "Med hjälp av en matematisk modell, vi kan beräkna effektiviteten med vilken guldnanorodsuspensionerna omvandlade infrarött ljus till värme, " sa medförfattaren Holger Breitenborn.

De minsta guldpartiklarna, som hade en diameter på 10 nanometer, konverterade laserljus till värme med högsta effektivitet, cirka 90 %. Detta värde liknar tidigare rapporter för dessa guldpartiklar, vilket indikerar att mätningarna med terahertzstrålning var korrekta.

Även om de mindre guldstavarna hade den högsta omvandlingseffektiviteten från ljus till värme, de största stavarna - de med en diameter på 50 nanometer - visade den största molära uppvärmningshastigheten. Denna kvantitet har nyligen introducerats för att hjälpa till att utvärdera användningen av nanopartiklar i biomedicinska miljöer.

"Genom att kombinera mätningar av temperaturtransienter i tid och termiska bilder i rymden vid terahertz-frekvenser, vi har utvecklat en icke-kontakt och icke-invasiv teknik för att karakterisera dessa nanopartiklar, " sa medförfattaren Roberto Morandotti. Detta arbete erbjuder ett tilltalande alternativ till invasiva metoder och lovar för biomedicinska tillämpningar.