Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

Theorie 45
Streuprozesse [69] kühlt das Elektronengas durch Emission von Phononen ab
und heizt das Edelmetallkristallgitter auf. Die Energierelaxation heißer Elektronen
und der Temperaturausgleich mit dem Gitter kann mit einem Ratenprozess
modelliert werden. Das dazugehörige Modell wird auch als Two Temperature
”
Model” bezeichnet. Die Thermalisierung von angeregten Elektronen in Goldnanopartikeln
wurde von mehreren Gruppen untersucht [3, 74, 80, 200]. Die
Ergebnisse sind in Abbildung 2.14 dargestellt.
Abbildung 2.14: Typischer Verlauf von Elektronentemperatur Te und der Gittertemperatur
Tl gemäß dem Thermalisierungsmodell nach einer 150 fs Laserpulsanregung.
Deutlich sind drei Zeitbereiche zu sehen: 1.) die Thermalisierung der Elektronen, 2.)
das Elektronenkühlen und Gitteraufheizen und 3.) das Kühlen auf Umgebungstemperatur.
Abbildung nach Perner [147](verändert).
Nach diesem Modell benötigt die Thermalisierung der Energie des Elektronengases
wenige Pikosekunden, während der Temperaturausgleich zwischen Elektronengas
und Gitter ungefähr 10 bis 15 ps benötigt. Entsprechend bestimmt die
Thermalisierung selbst für Experimente mit 30 ps Pulsen nicht den Temperaturverlauf.
Energierelaxation am Übergang Partikel-Wasser Die Thermalisierung an
der Grenzfläche Gold-Protein-Wasser kann nach Nölting [136] mit der Lösung der
Wärmeleitungsgleichung wie in Abschnitt 2.4 beschrieben werden. Aus der Reaktion
von Proteinen an geheizten Grenzflächen oder durch Farbstoffe in Lösung