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Realizing a Record Photothermal Conversion Efficiency of Spiky Gold Nanoparticles in the Second Near-Infrared Window by Structure-Based Rational Design
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2018-03-29 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b00312 Cuixia Bi 1 , Jin Chen 2 , Ying Chen 2 , Yahui Song 1 , Anran Li 3 , Shuzhou Li 4 , Zhengwei Mao 2 , Changyou Gao 2 , Dayang Wang 5 , Helmuth Möhwald 6 , Haibing Xia 1
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2018-03-29 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b00312 Cuixia Bi 1 , Jin Chen 2 , Ying Chen 2 , Yahui Song 1 , Anran Li 3 , Shuzhou Li 4 , Zhengwei Mao 2 , Changyou Gao 2 , Dayang Wang 5 , Helmuth Möhwald 6 , Haibing Xia 1
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The current technical dilemma for gold nanoparticles as photothermal (PT) transducers in cancer therapy is that strong absorption in the second near-infrared (NIR) window is accompanied by strong scattering of the NIR light, which then overrides the absorption, thus significantly weakening the light-to-heat conversion efficiency. Here we successfully prepared spiky gold nanoparticles (spiky Au NPs) with a controlled number of spikes, designed according to our simulations and experimentally verified. Their overall sizes and the numbers, lengths, and widths of the spikes were judiciously adjusted to locate their surface plasmon resonance peaks in the second NIR window and also to achieve a higher absorption-to-extinction ratio. As a result, the spiky Au NPs with optimal size and 6 spikes exhibited a record light-to-heat conversion efficiency (78.8%) under irradiation by 980 nm light. After surface PEGylation and conjugation with a lactoferrin (LF) ligand on the resulting spiky Au NPs, they in vivo displayed long circulation time (blood circulation half-life of ∼300 min) and high tumor accumulation due to their larger surface-to-volume ratio. Therefore, spiky Au NPs allowed complete ablation of tumors without recurrence merely after 3 min of light irradiation at 980 nm, opening up promising prospects of cancer photothermal therapy.
中文翻译：
通过基于结构的合理设计实现第二近红外窗口中尖峰金纳米粒子的光热转换效率的记录
金纳米颗粒作为光热（PT）换能器在癌症治疗中的当前技术难题是，第二近红外（NIR）窗口中的强吸收伴随着NIR光的强散射，然后该散射会覆盖吸收，从而显着削弱光吸收。光热转换效率。在这里，我们成功地制备了尖峰金纳米颗粒（尖峰金NPs），具有受控数量的尖峰，根据我们的模拟进行设计并通过实验验证。明智地调整了它们的总体大小以及尖峰的数量，长度和宽度，以将其表面等离振子共振峰定位在第二NIR窗口中，并且还实现了更高的吸收消光比。结果，具有最佳尺寸和6个尖峰的尖峰Au NP表现出创纪录的光热转换效率（78。8％）在980 nm的光照射下。表面聚乙二醇化并与乳铁蛋白（LF）配体缀合后，生成的尖峰Au NPs体内循环时间长（血液循环半衰期约为300分钟），并且由于其较大的表面积体积比，因此具有较高的肿瘤蓄积率。因此，仅在980 nm的光照射3分钟后，尖峰的Au NP即可完全消融肿瘤而无复发，这为癌症光热疗法的发展开辟了广阔的前景。
更新日期：2018-03-29
中文翻译：
通过基于结构的合理设计实现第二近红外窗口中尖峰金纳米粒子的光热转换效率的记录
金纳米颗粒作为光热（PT）换能器在癌症治疗中的当前技术难题是，第二近红外（NIR）窗口中的强吸收伴随着NIR光的强散射，然后该散射会覆盖吸收，从而显着削弱光吸收。光热转换效率。在这里，我们成功地制备了尖峰金纳米颗粒（尖峰金NPs），具有受控数量的尖峰，根据我们的模拟进行设计并通过实验验证。明智地调整了它们的总体大小以及尖峰的数量，长度和宽度，以将其表面等离振子共振峰定位在第二NIR窗口中，并且还实现了更高的吸收消光比。结果，具有最佳尺寸和6个尖峰的尖峰Au NP表现出创纪录的光热转换效率（78。8％）在980 nm的光照射下。表面聚乙二醇化并与乳铁蛋白（LF）配体缀合后，生成的尖峰Au NPs体内循环时间长（血液循环半衰期约为300分钟），并且由于其较大的表面积体积比，因此具有较高的肿瘤蓄积率。因此，仅在980 nm的光照射3分钟后，尖峰的Au NP即可完全消融肿瘤而无复发，这为癌症光热疗法的发展开辟了广阔的前景。
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