《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Photothermal conductive polymer nanoparticles for high speed thermal cycling platforms
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摘要PASomes（聚邻苯二胺 - 吡咯杂化纳米粒子），由邻苯二胺和吡咯的氧化聚合合成，被开发为高速热循环平台的光热材料。本研究侧重于材料合成、光热响应、温度调节以及重复热循环期间的稳定性，而非扩增性能。吐温 20 辅助合成在选择条件下减少了团聚。采用 FT-IR、NMR、X
摘要
PASomes（聚邻苯二胺 - 吡咯杂化纳米粒子），由邻苯二胺和吡咯的氧化聚合合成，被开发为高速热循环平台的光热材料。本研究侧重于材料合成、光热响应、温度调节以及重复热循环期间的稳定性，而非扩增性能。吐温 20 辅助合成在选择条件下减少了团聚。采用 FT-IR、NMR、XRD、TEM、DLS、TGA 和四探针法测量表征组分相关结构特征、形貌、颗粒形成、热失重行为和电导率。通过改变超声处理时间，PASomes 的流体动力学直径从 52.98 变化至 101.03 纳米。在近红外照射下，较小的颗粒达到更高的温度。温度升高也与纳米颗粒浓度和激光功率呈线性变化，R2 值分别为 0.97 和 0.99。该系统在 40 次热循环中保持 95 °C 和 55 °C 之间的稳定过渡，平均加热和冷却速率分别为 5.0 °C/s 和 3.6 °C/s，且无明显结构退化。这些结果表明，PASomes 在重复热应力下提供稳定且可控的光热性能，支持其作为高速热循环应用材料平台的潜力。
引言
光热纳米材料将吸收的光转化为热，在需要快速和局部热控制的应用中引起了广泛关注 [1], [2]。由于许多这些材料在近红外区域强烈吸收，它们被认为适用于依赖快速且可重复温度变化的热循环过程 [3]。在传统加热系统中，温度调制通常受限于热惯性和加热/冷却组件的响应速度 [4], [5], [6]。光热材料提供了一种替代方法，因为热量可以在光照下直接产生，使它们成为高速热循环平台功能材料的吸引选择 [7], [8]。
纳米材料的光热性质随其成分和产热机制而变化 [9], [10]。金属纳米颗粒可通过局域表面等离子体共振产生高效加热，但强烈或重复照射会重塑各向异性颗粒并改变其光学和光热响应 [11], [12], [13]。基于碳的纳米材料显示出强宽带吸收，但其光热响应可能取决于分散状态、团聚、表面化学和形貌 [14], [15]。这些特定于应用的限制促使了对 PASomes 用于重复热循环的评估。聚邻苯二胺（PANI）和聚吡咯（PPy）结合了光吸收和掺杂依赖的电子结构 [16], [17], [18]。同时包含 PANI 和 PPy 的材料也已被报道 [19], [20], [21], [22]。
聚邻苯二胺（PANI）纳米颗粒和聚吡咯（PPy）纳米颗粒可在水中团聚，降低测量可重复性 [23]。合成期间使用吐温 20 控制分散。其疏水性月桂酸酯片段被解释为与富含单体和寡聚物的区域结合，而其聚氧乙烯链延伸至水中并提供空间位阻稳定；这是一种推断模型，并非特定结合作用的证据。由于包含 PANI 和 PPy 的材料和表面活性剂辅助合成已经确立，本研究不声称仅从成分或吐温 20 使用上具有新颖性（方案 1）。本研究的贡献是对尺寸可控的 PASomes 的材料水平评估，联系颗粒尺寸、电导率、光热输出和重复热循环。它不依赖于成分新颖性或表面活性剂辅助合成的新颖性。采用 FT-IR、NMR、XRD、TEM 和 DLS 进行结构和胶体表征 [24], [25], [26]。95 °C 和 55 °C 设定值分别对应 DNA 变性和引物退火。实验评估了跨这些与 PCR 相关的温度窗口的重复过渡；未评估核酸扩增。
章节片段
材料
吐温 20（GenDEPOT，德克萨斯，美国），邻苯二胺（TCI，东京，日本），吡咯（TCI，东京，日本），过硫酸铵（APS）（Sigma-Aldrich，圣路易斯，美国）直接使用，未经进一步纯化。整个研究中使用 Milli-Q 纯化去离子水（Millipore，马萨诸塞州伯灵顿，美国）。聚乙二醇（PEG，Mn = 600，Sigma-Aldrich，圣路易斯，美国），聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA，Mn = 700，Sigma-Aldrich，圣路易斯，美国），以及 Darocur 1173（Sigma-Aldrich，圣路易斯，
PASomes、PANI 纳米颗粒和 PPy 纳米颗粒的化学表征
进行 FT-IR 分析以确认合成的 PASomes 中官能团的具体化学结构，特别是将其与 PANI 纳米颗粒和 PPy 纳米颗粒的相似之处和差异进行比较（图 1a）。PASomes 的 N–H 键在 3195 cm
?1处出现，处于报道的 PPy 纳米颗粒 N–H 键范围（3181–3197 cm
?1）之内。PPy 相关的 C
C 键在 PPy 纳米颗粒和 PASomes 中均出现在 1539 cm
?1处。C
N 键从 PANI 中的 1562 cm
?1处发生位移
结论
PASomes（聚邻苯二胺 - 吡咯杂化纳米粒子），由邻苯二胺和吡咯的氧化聚合合成，被开发为高速热循环平台的光热材料。本研究侧重于材料合成、结构表征、电导率、光热响应、温度控制以及重复热循环期间的稳定性，而非扩增性能。在吐温 20 存在的条件下成功制备了 PASomes，改善了颗粒
资金来源
本研究得到韩国政府通过韩国规划院资助的韩国国家研究基金会拨款支持（RS-2025-00512586）。本研究得到韩国政府（科学和信息通信技术部）资助的韩国国家研究基金会（NRF）拨款支持（RS-2025-16068330）。
CRediT 作者贡献声明
Yu-Rim Ahn：撰写 - 初稿，可视化，软件，调查，正式分析，概念化。Subin Lee：撰写 - 审阅与编辑，软件，调查。Jaewon Choi：资源。Minse Kim：可视化。Seona Yu：验证。Nanhyeon Kim：验证。Kwang Suk Lim：监督。Suk-Jin Ha：监督。Seung-Jin Kim：监督，项目管理，资金获取。Hyun-Ouk Kim：撰写 - 审阅与编辑，监督，项目管理，资金
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些可能看起来会影响本文报告的工作。
Yu-Rim Ahn|Subin Lee|Jaewon Choi|Minse Kim|Seona Yu|Nanhyeon Kim|Kwang Suk Lim|Suk-Jin Ha|Seung-Jin Kim|Hyun-Ouk Kim
