NANOVALVE-CONTROLLED CARGO RELEASE ACTIVATED BY PLASMONIC HEATING

 

"Nanovalve-controlled cargo release activated by plasmonic heating". J. Croissant, J. I. Zink. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 134, 7628 (2012). DOI: 10.1021/ja301880x

The synthesis and operation of a light-operated nanovalve that controls the pore openings of mesoporous silica nanoparticles containing gold nanoparticle cores is described. The nanoparticles, consisting of 20 nm gold cores inside 150 nm mesoporous silica spheres, were synthesized using a unique one-pot method. The nanovalves consist of cucurbit[6]uril rings encircling stalks that are attached to the 2 nm pore openings. Plasmonic heating of the gold core raises the local temperature and decreases the ring–stalk binding constant, thereby unblocking the pore and releasing the cargo molecules that were preloaded inside. Bulk heating of the suspended particles to 60 °C is required to release the cargo, but no bulk temperature change was observed in the plasmonic heating release experiment. High-intensity irradiation caused thermal damage to the silica particles, but low-intensity illumination caused a local temperature increase sufficient to operate the valves without damaging the nanoparticle containers. These light-stimulated, thermally activated, mechanized nanoparticles represent a new system with potential utility for on-command drug release.

Se describe la síntesis y la operación de una nanoválvula operada con luz que controla la apertura de poros en nanopartículas de dióxido de silicio nanoporoso que contienen núcleos de nanopartículas de oro. Las nanopartículas, que consisten de núcleos de oro de 20 nm dentro de esferas de dióxido de silicio mesoporoso de aproximadamente 150 nm, fueron sintetizadas usando un método de un sólo paso. Las nanoválvulas están hechas de anillos de cucurbit[6]uril que rodean ejes enlazados a las aberturas de poros con dimensiones cercanas a los 2 nm. El calentamiento plasmónico del núcleo de oro aumenta la temperatura local y disminuye la constante de atracción entre el anillo y el eje, desbloqueando así al poro y liberando el cargamento de moléculas que previamente se habían introducido. Se requiere de un calentamiento en bulto a 60°C de las partículas suspendidas para que el cargamento sea liberado, sin embargo no se observó cambio alguno en la temperatura de bulto cuando se realizó el experimento de liberación por calentamiento plasmónico. Las partículas de dióxido de silicio se dañaron térmicamente cuando se irradiaron con una alta intensidad, pero ante iluminación de baja intensidad se induce un incremento de la temperatura local suficiente para operar las válvulas sin que se dañen las nanopartículas contenedoras. Estas nanopartículas mecanizadas, activadas térmicamente mediante su estimulación por luz, representan un sistema novedoso con potenciales usos en la liberación controlada de medicamentos.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja301880x