Rational Design of Plasmonic Nanoparticles for Enhanced Cavitation and Cell Perforation
Notice bibliographique
Résumé
Metallic nanoparticles are routinely used as nanoscale antenna capable of absorbing and converting photon energy with subwavelength resolution. Many applications, notably in nanomedicine and nanobiotechnology, benefit from the enhanced optical properties of these materials, which can be exploited to image, damage, or destroy targeted cells and subcellular structures with unprecedented precision. Modern inorganic chemistry enables the synthesis of a large library of nanoparticles with an increasing variety of shapes, composition, and optical characteristic. However, identifying and tailoring nanoparticles morphology to specific applications remains challenging and limits the development of efficient nanoplasmonic technologies. In this work, we report a strategy for the rational design of gold plasmonic nanoshells (AuNS) for the efficient ultrafast laser-based nanoscale bubble generation and cell membrane perforation, which constitute one of the most crucial challenges toward the development of effective gene therapy treatments. We design an in silico rational design framework that we use to tune AuNS morphology to simultaneously optimize for the reduction of the cavitation threshold while preserving the particle structural integrity. Our optimization procedure yields optimal AuNS that are slightly detuned compared to their plasmonic resonance conditions with an optical breakdown threshold 30% lower than randomly selected AuNS and 13% lower compared to similarly optimized gold nanoparticles (AuNP). This design strategy is validated using time-resolved bubble spectroscopy, shadowgraphy imaging and electron microscopy that confirm the particle structural integrity and a reduction of 51% of the cavitation threshold relative to optimal AuNP. Rationally designed AuNS are finally used to perforate cancer cells with an efficiency of 61%, using 33% less energy compared to AuNP, which demonstrate that our rational design framework is readily transferable to a cell environment. The methodology developed here thus provides a general strategy for the systematic design of nanoparticles for nanomedical applications and should be broadly applicable to bioimaging and cell nanosurgery.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».