Superficies metálicas para estudios de fluorescencia amplificada por superficie (SEF

Abstract

La presente tesis se centró en la obtención de superficies metálicas, cuya principal característica es el recubrimiento inerte que permite separar al sistema molecular fluorescente de la superficie metálica. La síntesis de la superficie metálica implica un proceso redox entre nitrato de plata y glucosa en medio básico, para generar una solución coloidal de plata. Las partículas metálicas estabilizadas en solución son depositadas sobre vidrio. La caracterización de estas superficies se lleva a cabo mediante espectroscopía UV-Visible, Microscopía Electrónica de alta Resolución (SEM), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y espectroscopía Raman. Los resultados de microscopía electrónica determinaron que las nanopartículas sintetizadas en solución están en un amplio rango de tamaño, 30 a 200 nm, mientras que el tamaño de las nanopartículas depositadas sobre vidrio está entre 60 y 500 nm. La caracterización Raman de esta superficie confirma que las nanopartículas de plata quedan recubiertas con una capa protectora de ácido glucónico, residuo preveniente de la reacción redox de nitrato de plata y glucosa. Además, este resultado fue ratificado a través de cálculos moleculares a nivel de funcionales de la densidad (DFT), para un sistema constituido por una molécula de ácido glucónico enlazado a un átomo de plata. De la interacción entre estos dos sistemas fue posible estimar el espesor de la cара protectora en aproximadamente 10 A. La nueva superficie metálica es caracterizada y posteriormente empleada en estudios de amplificación de la señal fluorescente de Rodamina-B. Los resultados de este estudio determinó que Rodamina-B depositada sobre nuestra superficie metálica presenta una intensidad de fluorescencia 15 veces mayor que la señal de fluorescencia medida para este sistema molecular depositado sobre vidrio. Este resultado nos permitió inferir que el espesor de 10 A, permite tanto minimizar el proceso de transferencia de energía no radiativa desde la molécula al metal y amplificar la emisión. Una vez probada la efectividad de nuestra superficie metálica con Rodamina-B, se llevaron a cabo estudios de fluorescencia de estado estacionario y fluorescencia dinámica, Las medidas se realizaron a 93K y a temperatura ambiente (298K) con los siguientes sistemas moleculares, difenilhexatrieno (DPH), 1-[4- (dimetilamino)fenil]-6-fenilhexatrieno (DM-DPH) y 1-[4-(dimetilamino)fenil]-6- hexatrienona (DM-PTC), denominados como fenil-trienos. Algunos de los resultados más relevantes encontrados para estos sistemas fueron: a mayor depósito de nanopartículas de plata sobre vidrio mayor es la amplificación de la señal fluorescente; moléculas con un rendimiento cuántico cercano a la unidad tienen una amplificación entre 4 a 5 veces menor, que las moléculas con rendimiento cuántico en torno a 0.1. Además al emplear superficies metálicas recubiertas con 25 nm de polivinil formal (Formvar) a temperatura ambiente, donde se encontró que los decaimientos radiativos de la intensidad de fluorescencia para los fenil-trienos, se ajustan a decaimientos biexponenciales y en todos los casos la presencia de la superficie metálica genera la disminución del tiempo de vida del primer estado electrónico excitado.

There is a rapid development of new synthetic methods to produce nanostructures of different sizes, shape and composition including layer-protected nanoparticles. Layer-protected nanoparticles are most useful when study fluorescence enhancement from metallic surfaces (SEF or MEF). According to the electromagnetic model of SEF, in order to observe the maximum enhancement, the fluorophores must be placed at an optimum distance from the metallic nanostructure. In the present work, layer-protected silver nanoparticles are fabricated using sugar molecules linked through the carboxylic acid head. The synthesis of these layerprotected nanoparticles is performed by a redox reaction in solution using excess sugar, aqueous Ag and a stoichiometric amount of hydroxide. The synthesized nanoparticles in solution and thin solid films formed on glass substrates was characterized by UV-visible spectroscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy and Raman scattering. The results show that synthesized nanoparticles in solution are within a wide range of sizes, ranging from 30-200 nm as confirmed by transmission electron microscopy. The Raman characterization of this surface confirms that nanoparticle's is covered with coating protective of the gluconic acid, remainder of the reaction of nitrate of silver. In addition this result was ratified through molecular calculations at level of density functional theory (DFT), for a system constituted by a connected gluconic acid to a silver atom, with it was considered so much the interaction of the molecule absorbed in the atom of silver like the thickness that generates this protective coating that is of approximately 10 A. The surface-enhanced fluorescence with the protected nanoparticles is illustrated with Rhodamine-B as a target molecule. The amplification of the fluorescence signal was found to be 15 fold. A thirty fold enhancement is a notable result for SEF when compared with other findings in the field. Proven the effectiveness of the metallic surface with Rhodamine-B, were made studies of fluorescence and fluorescence lifetime. The conditions of measurement were 93K and room temperature (298K) with following molecular systems 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene (DPH), 1-(4-trimethylammoniumphenyl)-6- phenyl-1,3,5-hexatriene (DM-DPH) and 1-(4-trimethylammoniumphenyl)-6- hexatrienona (DM-PTC) denominated like phenyltrienes. The results that exists an important dependency between the amounts of silver deposited on the glass and the enhanced of the fluorescent signal: to greater deposit of silver greater is it enhanced of the fluorescent signal. Other results suggest an important dependency between the enhanced factor of the fluorescent signal and the photophysics properties of the fluorophore used. In effect, the molecules with a quantum yield near 1.0 have an enhanced of the fluorescence 4 to 5 less, than molecules with quantum yield around 0.1. In addition when using covered metallic surfaces with 25 nm of polivinil formal (Formvar) to room temperature, one was that the radiativos decays of the intensity of fluorescence for the phenyltrienes, adjust to an biexponential decay and in all the cases the presence of metallic surfaces generates the diminution of the lifetime of the excited state.