Efecto del Tamaño del Cluster en la Respuesta SERS de Agregados de Nanoesferas Metálicas de Oro

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

Carlos Paz, Córdoba.

Congreso; 97ª Reunión Nacional de la Asociación de Física Argentina; 2012

Asociación de Física Argentina

Las propiedades ´opticas de nanopart´ıculas (NPs) de metales nobles, es objeto de numerosas investigaciones debido a sus aplicaciones en diversas ´areas como espectroscop´ıas incrementadas o en sensores bio(qu´ımicos). Estas se clasifican en propiedades de campo lejano (espectros de extinci´on) y de las propiedades ´opticas de campo cercano (incremento del campo el´ectrico en la superficie de las NPs). Es bien conocido que la interacci´on debido al acoplamiento entre NPs adyacentes genera incrementos de campo el´ectrico varios ´ordenes de magnitud superior al que genera una part´ıcula no acoplada, como consecuencia de una distribuci´on preferencial del campo incrementado en el gap interpart´ıcula, regi´on denominada hot spot. A su vez, el m´aximo incremento de campo presenta un corrimiento batocr´omico con respecto al m´aximo de extinci´on debido al amortiguamiento (intr´ınseco y radiativo) de la oscilaci´on electr´onica en el sistema. Conjuntamente, se modifican las propiedades de campo lejano generando un ensanchamiento de los espectros de extinci´on y un corrimiento batocr´omico en los m´aximos de resonancia. La generaci´on 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 t´ecnicas de espectroscopia incrementada como SERS (espectroscopia Raman incrementada por superficie). Por este motivo, es necesario comprender como var´ıa la intensidad de los m´aximos de campo en funci´on del tama?no del material de las NPs, del tama?no del cluster y de la polarizaci´on de la radiaci´on incidente. Este trabajo tiene como objetivo identificar tendencias en los m´aximos de incremento de campo en funci´on de la composici´on de las nanopart´ıculas y en funci´on del n´umero de nanopart´ıculas (2, 3, 7, 13, 19 y 37 NPs) en NEs de oro y correlacionar con la respuesta de las se?nales SERS de aglomerados generados en soluci´on por medio de puentes moleculares al ser irradiados a 633 nm. La variaci´on de los m´aximos de campo el´ectrico y de extinci´on para NEs fue determinada por c´alculos electrodin ´amicos utilizando la teor´ıa de Mie Generalizada para Multipart´ıculas (GMM). Se determin´o que a medida que aumenta el n´umero de part´ıculas en un aglomerado se produce un corrimiento hacia el rojo de los m´aximos de extinci´on y de incremento de campo, as´ı como una disminuci´on progresiva de ambos m´aximos. El campo m´aximo para una longitud de onda determinada (633 nm) disminuye exponencialmente a medida que aumenta el tama?no del agregado. Los agregados se generaron por medio de modificaci´on superficial de las NPs con Biotina, la cual induce la aglomeraci´on a trav´es de uniones puente hidrogeno intermoleculares con distancia interpart´ıculas de 5 nm. La variaci´on temporal de la intensidad de las se?nales SERS de las mol´eculas de biotina presenta una ca´ıda exponencial comparable con la respuesta predicha te´oricamente para los m´aximos de incremento de campo que se obtiene para esta longitud de onda de excitaci´on en funci´on del tama?no del agregado. Se obtuvo una excelente correlaci´on entre los incrementos te´oricos de agregados de 37 NPs a 633 nm con el Factor de incremento anal´ıtico (AEF) para las se?nales SERS de biotina a tiempos largos. Este ´ultimo, definido como el cociente entre la se?nal SERS del analito en presencia del sustrato y la se?nal Raman del analito en ausencia del sustrato SERS, ambas normalizadas a la respectiva concentraci´on de analito.