Mechanism of Amplified Photoacoustic Effect for Silica-Coated Spherical Gold Nanoparticles

材料科学 纳米材料 皮秒 吸收(声学) 胶体金 纳米颗粒 纳米技术 涂层 超快激光光谱学 纳秒 等离子体子 激光器 生物医学中的光声成像 光电子学 光学 复合材料 物理
作者
Chen Xie,Peiyuan Kang,Jonghae Youn,Blake A. Wilson,Tingting Zhang,Lokesh Basavarajappa,Qingxiao Wang,Moon J. Kim,Lei Li,Kenneth Hoyt,Jaona Randrianalisoa,Zhenpeng Qin
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c05558
摘要

Plasmonic nanomaterials are effective photoacoustic (PA) contrast agents with diverse biomedical applications. While silica coatings on gold nanoparticles (AuNPs) have been demonstrated to increase PA efficiency, the underlying mechanism remains elusive. Here, we systematically investigated the impact of silica coatings on PA generation under picosecond and nanosecond laser pulses. Experimentally, we demonstrated a record high PA amplification of up to 400% under noncavitation conditions with a thin silica coating and only under picosecond laser pulses. We provide a clear mechanism for the observed PA amplification that identifies two competing effects, including transient absorption, which reduces photon energy absorption, and electron-phonon energy transfer at the gold-silica interface, which partly reverses the transient absorption effect. This study provides the first evidence and mechanistic insight on the impact of nonlinear optical effects on the nanomaterial-property relationship in PA contrast agents and offers insights for designing highly efficient contrast agents for biomedical applications.
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