Små guldpartiklar är bra för att överföra värme och kan vara ett lovande verktyg för att skapa lokal uppvärmning i, till exempel, en levande cell. I nya experiment, Tyska forskare vid Niels Bohr Institutet har mätt temperaturen på guldpartiklar i nanostorlek med extrem precision och har undersökt deras förmåga att smälta lipidmembranen som omger celler, banar väg för upplösning av sjuka celler. Resultaten har publicerats i den uppskattade tidskriften Nanobokstäver .

Guldnano-partiklar har en stark växelverkan med ljus i förhållande till sin storlek och det är just deras fysiska storlek som ger dem olika färger. Dess färg är resultatet av hur starkt en guldpartikel sprider och absorberar ljus vid olika våglängder. Därför, när ljuset värmer upp guldpartikeln, färgen har betydelse för dess temperatur.

Forskningen utfördes i Optical Pincet Group vid Niels Bohr Institutet. Optisk pincett är sofistikerade instrument, som med hjälp av ett extremt fokuserat laserljus kan fånga och hålla guldpartiklar på en nanometerskala. En nanometer är en tusendels millimeter och därför väldigt liten. Guldpartiklarna är mellan 60 och 200 nanometer stora.

"Partiklarna kan värmas upp med infrarött ljus från den optiska pincetten och genom att vrida ljuset upp och ner kan du kontrollera värmen", förklarar doktorand i biofysik, Anders Kyrsting, som genomförde forskningen tillsammans med sina kollegor från gruppen Optical Pincet.

Men exakt hur varma blir de extremt små guldpartiklarna? Det är viktigt att känna till den exakta temperaturen för att ha fullständig kontroll över situationen. Partiklarna är för små för att kunna mätas direkt, så man kan istället mäta indirekt efter deras effekt.

Anders Kyrsting förde de heta guldpartiklarna närmare och närmare ett artificiellt cellmembran bestående av lipider. När de är ganska nära smälter lipiderna och om du vet exakt när vissa lipider smälter kan du använda detta för att beräkna temperaturen på guldpartiklarna. Det visar sig att guldpartiklarna kan nå flera hundra grader vid en ljusintensitet på mindre än 1 watt.

Mild och effektiv

Att ha en het partikel betyder att du har ett verktyg som du kan använda – en liten liten värmekälla, vilket är väldefinierat. Genom att smälta lipiderna i ett cellmembran kommer cellen att lösas upp – dödas. Men bara den cellen.

"Värmen minskar så snabbt att bara en radie av en guldpartikel från ytan, värmen är halva temperaturen än vad den är vid ytan. Det vill säga, att en typisk celllängd bort från partikeln kommer värmen att ha minskat så mycket att den är ofarlig", förklarar Anders Kyrsting.

"Tekniken kan också användas som ett verktyg för att ändra temperaturer på några mikrosekunder. När temperaturen från ytan av en uppvärmd guldnanopartikel minskar flera hundra grader per mikrometer, det är, till exempel, möjligt att ha två separata tillstånd – en flytande och en mer fast form i konstgjorda cellsystem bestående av små lipidvesiklar. Här kommer gränsytan mellan de två staterna att vara mycket tydlig, vilket är användbart om du vill studera cellmembran", förklarar Anders Kyrsting.