Plasmoniska nanopartiklar är extremt känsliga för ljus, och även den minsta mängden kan få dessa partiklar att värmas upp. Forskare försöker nu använda plasmoniska nanopartiklar i cancerterapi där ljusenergi omvandlas till värme för att döda cancerceller. Fördelen med sådan behandling är att den inte orsakar biverkningar som är vanliga för kemoterapi. Mingyong Han vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och medarbetare har nu utvecklat guldplasmoniska nanocrosser som är särskilt lämpade för att eliminera cancerceller vid cancerterapi. Teamet visade användbarheten av dessa nanocrosser genom att använda dem för att döda humana lungcancerceller.

I allmänhet, metalliska nanostrukturer har en särskild frekvens vid vilken ljus exciterar elektroner nära deras yta. Elektronernas kollektiva rörelse, eller resonans, i metallen är det som omvandlar ljusenergin till värme. Våglängden vid vilken resonansen inträffar är starkt beroende av storleken och formen på nanostrukturerna.

För biomedicinska tillämpningar, nanostrukturerna ska vara effektiva oavsett i vilken riktning de belyses. Vidare, nanostrukturerna bör vara effektiva för att absorbera nära till mitten av infraröda våglängder eftersom vävnad är transparent för ljuset från dessa våglängder.

Baserat på dessa krav, forskarna bestämde sig för att göra guld -nanocrosser (se bild). Vid normal syntes, dock, guld skulle vanligtvis växa till formen av nanoroderna. Att tillverka nanocrosser, forskarna lade till kopparjoner till tillväxtlösningen. Införandet av små mängder koppar orsakade en tvilling av guldets kristallstruktur, vilket i sin tur ledde till tillväxt av sidoarmar från kristallfasetterna. "Den unika korsformade guldstrukturen möjliggör excitation i flera riktningar för att uppnå en stark plasmonisk resonans i den nära och mellersta infraröda regionen. Detta sänker kraftigt den lasereffekt som krävs för fototermisk cancerbehandling jämfört med nanoroder, Säger Han.

Forskarna testade prestandan för deras guld -nanocrosser genom att modifiera deras ytor och binda dem till mänskliga lungcancerceller. Vid bestrålning med nära-infrarött laserljus med relativt blygsamma effekter på 4,2 W/cm ² i 30 sekunder, alla cancerceller dödades. Forskarna planerar nu att testa guldnanokrossarnas effektivitet på djurmodeller i framtida experiment.

Andra tillämpningar av guld -nanocrosserna är också möjliga, inklusive fototermisk avbildning, där små mängder ljus omvandlas till lokal värme, eller sterilisering av ytor. "I vår nuvarande forskning, vi studerar guld nanocrosser för fototermisk förstörelse av superbugs på biofilmer, Säger Han.