Photoacoustic signal detection has been used to build a new strategy to determine the mesoscale self-assembly of metal nanoparticles in terms of size distribution and aggregate packing density (metal nanoparticle filling factor). A synergistic approach integrating photoacoustic signal and theoretical studies, validated by conventional light scattering and electron microscopy techniques, allows us to obtain a well-defined morphological interpretation of nanoparticle-based super-aggregates. By pumping light in a complex system, the acousto-thermal effect was listened to, providing information on the aggregation phenomena. Super-aggregates of covalently interconnected silver nanoparticles (AgNPs) functionalized with an organometallic dithiol are identified in solution, as a proof of concept for the versatility of the photoacoustic approach. According to our results, tiny AgNPs (size less than 10 nm) assembled into a 3D-network of super-aggregates (SA-AgNPs) with sizes in the range 100-200 nm and a filling factor in the range of 30-50%. Low-cost, rapid, and easy photoacoustic measurement in the low frequency range (less than 100 Hz) was revealed to be an innovative method to characterize the fundamental structure/property correlation of metal nanoparticle super-aggregates. This morpho-optical approach, which uses the absorption and scattering properties of nanoparticles in the liquid phase, opens new perspectives for advanced biomedical and structural applications.

Il rilevamento del segnale fotoacustico è stato utilizzato per costruire una nuova strategia per determinare l'autoassemblaggio su mesoscala di nanoparticelle metalliche in termini di distribuzione dimensionale e densità di impacchettamento aggregato (fattore di riempimento delle nanoparticelle metalliche). Un approccio sinergico che integra segnale fotoacustico e studi teorici, convalidato da tecniche convenzionali di diffusione della luce e microscopia elettronica, consente di ottenere un'interpretazione morfologica ben definita di superaggregati a base di nanoparticelle. Pompando luce in un sistema complesso, si è ascoltato l'effetto acusto-termico, fornendo informazioni sui fenomeni di aggregazione. Superaggregati di nanoparticelle d'argento (AgNP) interconnesse covalentemente funzionalizzate con un ditiolo organometallico sono identificati in soluzione, come proof of concept per la versatilità dell'approccio fotoacustico. Secondo i nostri risultati, minuscoli AgNP (dimensioni inferiori a 10 nm) assemblati in una rete 3D di superaggregati (SA-AgNP) con dimensioni nell'intervallo 100-200 nm e un fattore di riempimento nell'intervallo 30-50% . La misurazione fotoacustica a basso costo, rapida e facile nella gamma delle basse frequenze (meno di 100 Hz) si è rivelata un metodo innovativo per caratterizzare la fondamentale correlazione struttura/proprietà dei superaggregati di nanoparticelle metalliche. Questo approccio morfo-ottico, che utilizza le proprietà di assorbimento e diffusione delle nanoparticelle in fase liquida, apre nuove prospettive per applicazioni biomediche e strutturali avanzate.

Photoacoustics for listening to metal nanoparticle super-aggregates

Matassa R.
;
2021-01-01

Abstract

Photoacoustic signal detection has been used to build a new strategy to determine the mesoscale self-assembly of metal nanoparticles in terms of size distribution and aggregate packing density (metal nanoparticle filling factor). A synergistic approach integrating photoacoustic signal and theoretical studies, validated by conventional light scattering and electron microscopy techniques, allows us to obtain a well-defined morphological interpretation of nanoparticle-based super-aggregates. By pumping light in a complex system, the acousto-thermal effect was listened to, providing information on the aggregation phenomena. Super-aggregates of covalently interconnected silver nanoparticles (AgNPs) functionalized with an organometallic dithiol are identified in solution, as a proof of concept for the versatility of the photoacoustic approach. According to our results, tiny AgNPs (size less than 10 nm) assembled into a 3D-network of super-aggregates (SA-AgNPs) with sizes in the range 100-200 nm and a filling factor in the range of 30-50%. Low-cost, rapid, and easy photoacoustic measurement in the low frequency range (less than 100 Hz) was revealed to be an innovative method to characterize the fundamental structure/property correlation of metal nanoparticle super-aggregates. This morpho-optical approach, which uses the absorption and scattering properties of nanoparticles in the liquid phase, opens new perspectives for advanced biomedical and structural applications.
2021
Il rilevamento del segnale fotoacustico è stato utilizzato per costruire una nuova strategia per determinare l'autoassemblaggio su mesoscala di nanoparticelle metalliche in termini di distribuzione dimensionale e densità di impacchettamento aggregato (fattore di riempimento delle nanoparticelle metalliche). Un approccio sinergico che integra segnale fotoacustico e studi teorici, convalidato da tecniche convenzionali di diffusione della luce e microscopia elettronica, consente di ottenere un'interpretazione morfologica ben definita di superaggregati a base di nanoparticelle. Pompando luce in un sistema complesso, si è ascoltato l'effetto acusto-termico, fornendo informazioni sui fenomeni di aggregazione. Superaggregati di nanoparticelle d'argento (AgNP) interconnesse covalentemente funzionalizzate con un ditiolo organometallico sono identificati in soluzione, come proof of concept per la versatilità dell'approccio fotoacustico. Secondo i nostri risultati, minuscoli AgNP (dimensioni inferiori a 10 nm) assemblati in una rete 3D di superaggregati (SA-AgNP) con dimensioni nell'intervallo 100-200 nm e un fattore di riempimento nell'intervallo 30-50% . La misurazione fotoacustica a basso costo, rapida e facile nella gamma delle basse frequenze (meno di 100 Hz) si è rivelata un metodo innovativo per caratterizzare la fondamentale correlazione struttura/proprietà dei superaggregati di nanoparticelle metalliche. Questo approccio morfo-ottico, che utilizza le proprietà di assorbimento e diffusione delle nanoparticelle in fase liquida, apre nuove prospettive per applicazioni biomediche e strutturali avanzate.
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Nanoscale Advances, 2021 vol. 3 n. 16 pp. 4692-4701.pdf

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