Une technologie émergente impliquant de minuscules particules qui absorbent la lumière et la transforment en sources de chaleur localisées est très prometteuse dans plusieurs domaines, y compris la médecine. Par exemple, thérapie photothermique, un nouveau type de traitement du cancer, consiste à diriger la lumière laser infrarouge sur des nanoparticules à proximité du site de traitement.

Le chauffage localisé dans ces systèmes doit être soigneusement contrôlé car les tissus vivants sont délicats. Des brûlures graves et des lésions tissulaires peuvent survenir si un chauffage indésirable se produit au mauvais endroit. La capacité de surveiller les augmentations de température est cruciale dans le développement de cette technologie. Plusieurs approches ont été essayées, mais tous ont des inconvénients de diverses natures, y compris la nécessité d'insérer des sondes ou d'injecter des matériaux supplémentaires.

Dans le numéro de cette semaine de Photonique APL les scientifiques rapportent le développement d'une nouvelle méthode pour mesurer les températures dans ces systèmes en utilisant une forme de lumière connue sous le nom de rayonnement térahertz. L'étude a porté sur des suspensions de nanotiges d'or de différentes tailles dans de l'eau dans de petites cuvettes, qui ont été illuminés par un laser focalisé sur un petit point à l'intérieur de la cuvette.

Les minuscules tiges d'or ont absorbé la lumière laser et l'ont convertie en chaleur qui s'est propagée dans l'eau par convection. « Nous sommes en mesure de cartographier la distribution de la température en scannant la cuvette avec un rayonnement térahertz, produire une image thermique, ", a déclaré le co-auteur Junliang Dong.

L'étude a également examiné la façon dont la température variait au fil du temps. "En utilisant un modèle mathématique, nous sommes en mesure de calculer l'efficacité avec laquelle les suspensions de nanotiges d'or ont converti la lumière infrarouge en chaleur, " a déclaré le co-auteur Holger Breitenborn.

Les plus petites particules d'or, qui avait un diamètre de 10 nanomètres, converti la lumière laser en chaleur avec la plus grande efficacité, environ 90 %. Cette valeur est similaire aux rapports précédents pour ces particules d'or, indiquant que les mesures utilisant le rayonnement térahertz étaient exactes.

Bien que les plus petites tiges d'or aient l'efficacité de conversion lumière-chaleur la plus élevée, les plus gros bâtonnets, ceux d'un diamètre de 50 nanomètres, présentaient le plus grand taux de chauffage molaire. Cette quantité a été récemment introduite pour aider à évaluer l'utilisation des nanoparticules dans les milieux biomédicaux.

"En combinant des mesures de transitoires de température dans le temps et des images thermiques dans l'espace aux fréquences térahertz, nous avons développé une technique sans contact et non invasive pour caractériser ces nanoparticules, ", a déclaré le co-auteur Roberto Morandotti. Ce travail offre une alternative attrayante aux méthodes invasives et est prometteur pour les applications biomédicales.