Estudio de adsorcion de monocapas auto-ensambladas de L-cistena y L-triptofano sobre supercie monocristalina de Au(111) mediante microscopa tunel de barrido y metodos ab-initio

FRANCO, VANINA; RODRIGUEZ SOTELO, SINDY J.; CALAZA, FLORENCIA C.; PASSEGGI(H), MARIO C. G.

Córdoba

Congreso; 106 Reunión de la Asociación Física Argentina (RAFA 2021); 2021

Asociación Física Argentina (AFA), UNC

Introduccion. El desarrollo y la optimizacion de dispositivos a escala nanometrica, demandan una exhaustiva comprension del proceso de autoensamblado de las moleculas y de las propiedades qumicas y fsicas de la interfase organica/inorganica generada. La formacion de monocapas autoensambladas (SAMs) por autoorganizacion, es una de las tecnicas mas empleadas para modicar supercies. En particular en el area de nanobiosensores, las SAMs son un valioso nexo entre el conductor metalico encargado de transducir se~nales y las moleculas biologicas que sirven como elementos de reconocimiento. Las SAMs de aminoacidos, han recibido especial atencion, debido a la posibilidad de abordar mediante un sistema relativamente simple, desafos de mayor complejidad [1]. Por lo tanto, es fundamental la comprension de las propiedades qumicas y fsicas de la interfase y del proceso de formacion de estas SAMs en particular. Los aminoacidos L-cistena (Cys) y L-triptofano (Trp) merecen un interesparticular como enlazantes de macromoleculas para sensores biologicos, debido a los grupos R que presentan. En este trabajo se realizo un estudio teorico y experimental de la formacion de SAMs de moleculas de Cys y de Trp en solucion, sobre supercies monocristalinas de Au(111). La adsorcion de moleculas se llevo a cabo por inmersion del sustrato (dipping) en soluciones metanolicas de Cys y de Trp a diferentes cubrimientos y se caracterizaron las SAMs mediante microscopia tunel de barrido (STM) en aire y a temperatura ambiente. Adicionalmente, concalculos ab-initio mediante la teora del funcional de la densidad (DFT) se estudio la interaccion sustrato-adsorbato en tres sistemas: (i) Cys sobre Au(111), (ii) Trp sobre Au(111) y (iii) Metanol sobre Au(111).Resultados. Se obtuvieron imagenes de STM, en las cuales se observo que las moleculas de Cys y Trp se autoorganizan siguiendo la geometra del sustrato, alrededor de ?dark spots? de unos pocos nanometros [2], por lo que presentan un patron de cadenas que forman un laberinto [3] con estructura orientada en las tres direcciones. Los calculos llevados a cabo, mostraron que para Cys se genera un proceso de quimisorcion sobre Au(111) y se debe a la interaccion entre el grupo tiol y los atomos superciales de oro que forman una union covalente. En cambio, para Trp este proceso es de sisorcion a traves del grupo indol. En ambos casos, los aminoacidos desplazaron el solvente (metanol) de la supercie que se encontraba sisorbido, para formar las SAMs correspondientes. Esto permitio que las moleculas se ubiquen ordenadamente, a traves del grupo R que genera la interaccion. Conclusiones. Se examino la estructura molecular, el orden y la reconstruccion que induce el proceso de adsorcion de Cys y Trp en la supercie monocristalina de Au(111). Segun Cavalleri, la formacion de estos ?dark spots? se debe a la deposicion de organosulfurados, pero hemos evidenciado que esto ocurre tambien con otro aminoacido, como es triptofano. Por otra parte, la determinacion de las conguraciones de equilibrio, energas y distancias de adsorcion, densidades de estado y transferencia de carga entre el sustrato y las moleculas, evidencio la diferencia en la naturaleza de las uniones de la interfase para cada aminoacido, lo que da a cada supercie funcionalizada, propiedades singulares y de potencial aplicacion.Referencias1) Uvdal, J. of Colloid and Interface Science, 1992, 149, 1, 162-173.2) Cavalleri, Trends in Physical Chemistry, 2010, 14.3) Yitamben, Nanotechnology, 2015, 26, 235604.