Tre år efter hans upptäckt av porösa guldnanopartiklar – guldnanopartiklar som erbjuder en större yta på grund av sin porösa natur – fortsätter en forskare från University of Houston att utforska vetenskapen och potentiella tillämpningar.

Wei-Chuan Shih, docent i el- och datateknik, kommer att använda medel från National Science Foundation för att studera elektronoscillation i nanopartiklar och utveckla idéer för att utnyttja den.

"Vi kan generera heta elektroner genom att lysa ljus på dessa nanopartiklar, så vi försöker dra nytta av det, försöker hitta ett sätt att få dem att fungera, " sa Shih.

Hans labb, NanoBioPhotonics Group vid UH, har undersökt hur porösa guldnanopartiklar reagerar på ljus i flera år; i våras rapporterade han att den ljuskonverterade värmen kan användas för att döda bakterier. Förra månaden beskrev de i Nanobokstäver första gången yt (plasmon)-förstärkt nära-infraröd absorption hade visats för kemisk detektion och identifiering.

Ljus vid specifika våglängder "exciterar" elektronerna, eller sporrar dem till rörelse, han sa. Att dra nytta av energin som genereras av de rörliga elektronerna innebär att mäta vad som händer under små bråkdelar av tiden:När nanopartikeln träffas av ljus, elektronerna sätts i rörelse inom några femtosekunder, eller en kvadrilliondels sekund. Elektronoscillationen börjar omvandlas till värme efter några pikosekunder, eller en biljondels sekund.

"Det är de heta elektronerna inom de första femtosekunderna som vi skulle vilja skörda, " sa Shih.

Enligt NSF-anslaget, Shih sa att forskare i hans labb kommer att studera om de heta elektronerna kan användas för att förbättra en katalysator som driver kemiska reaktioner och ökar signaleringen. Han kommer att arbeta för att förbättra den signaleringen och bestämma sätt att använda den.

"Det finns vissa bevis som tyder på att plasmonisk resonans kan främja katalytiska reaktioner, " sa han om växelverkan mellan ljus och nanopartiklar. "Ljuset exciterar dessa elektroner att svänga inuti nanopartikeln." Plasmonisk resonans beskriver hur elektroner i ett stycke metalliskt nanomaterial reagerar på ljus, och Shih sa att det bara händer vid vissa våglängder.

Forskning för att påskynda kemiska reaktioner kan ge enorma resultat inom olje- eller petrokemisk industri, eftersom små förbättringar kan ge stora effekter. Men Shih är fokuserad på biosensing, använda de kemiska reaktionerna för att producera en starkare signal från små mål, snabbare.

"Vi är intresserade av ultrakänslig upptäckt av sjukdomar, inklusive cancerbiomarkörer som nukleinsyror och proteiner, " han sa.

Att lära sig att bättre förstärka signalen kan ha ett antal tillämpningar. Shih noterade att enzymkopplad immunosorbentanalys, eller ELISA - en analys som vanligtvis används för att mäta proteiner i forskningslaboratorier - beror på en katalysreaktion för att öka signalen. Att upptäcka ett sätt att förbättra metodens effektivitet skulle få breda konsekvenser, bara ett exempel på hur arbetet kan vara användbart, han sa.