将光能转化为热量来对抗疾病

华盛顿特区，2019年12月17日-一项涉及吸收光并将其转变为局部热源的微小颗粒的新兴技术在包括医学在内的多个领域都显示出巨大的希望。例如，光热疗法是一种新型的癌症治疗方法，涉及将红外激光对准治疗部位附近的纳米颗粒。

这些系统中的局部加热必须小心控制，因为活组织很脆弱。如果在错误的地方发生不必要的加热，可能会导致严重的烧伤和组织损坏。监视温度升高的能力对于开发该技术至关重要。已经尝试了几种方法，但是所有方法都有各种缺点，包括需要插入探针或注入其他材料。

在本周AIP出版的APL Photonics杂志中，科学家报告了一种新方法的开发，该方法使用一种称为太赫兹辐射的光来测量这些系统中的温度。该研究涉及将各种尺寸的金纳米棒在小试管中的悬浮液悬浮在水中，然后用聚焦在试管内小点的激光照射。

细小的金条吸收了激光，并将其转换成热量，通过对流传播到水中。共同作者董俊良说：“我们能够通过用太赫兹辐射扫描比色杯来绘制温度分布图，从而产生热图像。”

该研究还研究了温度随时间变化的方式。合著者霍尔格·布雷特恩博恩(Holger Breitenborn)说：“使用数学模型，我们能够计算出金纳米棒悬浮液将红外光转换为热能的效率。”

直径为10纳米的最小金颗粒将激光转化为热量，效率最高，约为90%。此值与这些金颗粒的先前报告相似，表明使用太赫兹辐射进行的测量是准确的。

尽管较小的金条具有最高的光热转换效率，但最大的金条(直径为50纳米的金条)显示出最大的摩尔加热速率。最近引入了此数量，以帮助评估纳米粒子在生物医学环境中的使用。

共同作者罗伯托·莫兰多蒂(Roberto Morandotti)说：“通过结合时间的瞬态温度测量和空间以太赫兹频率的热图像的测量，我们已经开发出了一种非接触，无创技术来表征这些纳米粒子。”这项工作为侵入性方法提供了一种有吸引力的替代方法，并有望在生物医学领域得到应用。

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