Efecto del Tamaño del Cluster, la Polarización y la Naturaleza del Metal en la Respuesta SERS de Agregados Plasmónicos

JUAN C. FRAIRE, LUIS A. PÉREZ Y EDUARDO A. CORONADO

Carlos Paz, Córdoba.

Encuentro; NanoCórdoba 2012; 2012

NanoCórdoba

Las propiedades ópticas de campo cercano (incremento del campo eléctrico en la superficie de las nanopartículas - NPs) y las propiedades ópticas de campo lejano, constituyen un campo de gran interés actual debido a sus aplicaciones en diversas áreas como espectroscopías incrementadas o en sensores bio(químicos). Es bien conocido que la interacción debido al acoplamiento entre NPs adyacentes genera incrementos de campo eléctrico varios órdenes de magnitud superior al que genera una partícula no acoplada, como consecuencia de una distribución preferencial del campo incrementado en el gap interpartícula, región denominada ?hot spot?. A su vez, el máximo incremento de campo presenta un corrimiento batocrómico con respecto al máximo de extinción debido al amortiguamiento (intrínseco y radiativo) de la oscilación electrónica en el sistema. Conjuntamente, se modifican las propiedades de campo lejano generando un ensanchamiento de los espectros de extinción y un corrimiento batocrómico en los máximos de resonancia. La generación de nanoestructuras (NEs) tiene como objetivo controlar estos ?hot spots? con el fin de poder detectar analitos localizados en estas regiones de gran incremento de campo por técnicas de espectroscopia incrementada como SERS (espectroscopia Raman incrementada por superficie). Por este motivo, es necesario comprender como varía la intensidad de los máximos de campo en función del tamaño del material de las NPs, del tamaño del cluster y de la polarización de la radiación incidente. Este trabajo tiene como objetivo identificar tendencias en los máximos de incremento de campo en función de la composición de las nanopartículas, la polarización del campo eléctrico incidente, y en función del número de nanopartículas (2 ? 3 ? 7 ? 13 ? 19 ? 37 NPs) en NEs de oro y plata. A su vez, se correlaciona con la respuesta de las señales SERS de aglomerados generados en solución por medio de puentes moleculares al ser irradiados a 633 nm. La variación de los máximos de campo eléctrico y de extinción para NEs fue determinada por cálculos electrodinámicos utilizando la teoría de Mie Generalizada para Multipartículas (GMM). Se determinó, tanto para las partículas de oro como de plata, que a medida que aumenta el número de partículas en un aglomerado se produce un corrimiento hacia el rojo de los máximos de extinción y de incremento de campo, así como una disminución progresiva de ambos máximos. El campo máximo para una longitud de onda determinada (633 nm) disminuye exponencialmente a medida que aumenta el tamaño del agregado. Los agregados se generaron por medio de modificación superficial de las NPs de oro (90 nm) y plata (56 nm) con Biotina, la cual induce la aglomeración a través de uniones puente hidrogeno intermoleculares con distancia interpartículas de 5 nm. La variación temporal de la intensidad de las señales SERS de las moléculas de biotina presenta una caída exponencial comparable con la respuesta predicha teóricamente para los máximos de incremento de campo que se obtiene para esta longitud de onda de excitación en función del tamaño del agregado a media que se van aumentando de tamaño. Se obtuvo una excelente correlación entre los incrementos teóricos de agregados de 37 NPs a 633 nm con el Factor de incremento analítico (AEF) para las señales SERS de biotina a tiempos largos. Este último, definido como el cociente entre la señal SERS de el analito en presencia del sustrato y la señal Raman del analito en ausencia del sustrato SERS, ambas normalizadas con respecto a la concentración de analito correspondiente.