Los SNC de óxido de estaño finamente preparados mediante un método de plantilla de dendrímero se cargan en las capas delgadas de la capa de sílice de los amplificadores plasmónicos, de modo que las señales Raman de los SNC se mejoran sustancialmente hasta un nivel detectable. La fuerza de los campos electromagnéticos generados debido a las propiedades de resonancia del plasmón superficial de las nanopartículas de Au o Ag decae exponencialmente con la distancia desde la superficie. Por lo tanto, Un diseño de interfaz racional entre los amplificadores y los SNC es la clave para adquirir fuertes señales Raman. Crédito: Avances de la ciencia
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han desarrollado una nueva metodología que permite a los investigadores evaluar la composición química y la estructura de partículas metálicas con un diámetro de solo 0,5 a 2 nm. Este avance en las técnicas analíticas permitirá el desarrollo y la aplicación de materiales minúsculos en los campos de la electrónica, biomedicina, química, y más.
El estudio y desarrollo de materiales novedosos han permitido innumerables avances tecnológicos y son esenciales en la mayoría de los campos de la ciencia. desde la medicina y la bioingeniería hasta la electrónica de vanguardia. El diseño racional y el análisis de materiales innovadores a escalas nanoscópicas nos permite superar los límites de los dispositivos y metodologías anteriores para alcanzar niveles sin precedentes de eficiencia y nuevas capacidades. Tal es el caso de las nanopartículas metálicas, que están actualmente en el centro de atención de la investigación moderna debido a sus innumerables aplicaciones potenciales. Un método de síntesis desarrollado recientemente que utiliza moléculas de dendrímero como plantilla permite a los investigadores crear nanocristales metálicos con diámetros de 0,5 a 2 nm (mil millonésimas de metro). Estas partículas increíblemente pequeñas, llamados "grupos subnano" (SNC), tienen propiedades muy distintivas, como ser excelentes catalizadores para reacciones (electro) químicas y exhibir fenómenos cuánticos peculiares que son muy sensibles a los cambios en el número de átomos constituyentes de los cúmulos.
Desafortunadamente, Los métodos analíticos existentes para estudiar la estructura de materiales y partículas a nanoescala no son adecuados para la detección de SNC. Uno de esos métodos, llamada espectroscopia Raman, Consiste en irradiar una muestra con un láser y analizar los espectros de dispersión resultantes para obtener una huella molecular o perfil de los posibles componentes del material. Aunque la espectroscopia Raman tradicional y sus variantes han sido herramientas invaluables para los investigadores, todavía no se pueden utilizar para SNC debido a su baja sensibilidad. Por lo tanto, un equipo de investigación de Tokyo Tech, incluido el Dr. Akiyoshi Kuzume, Prof. Kimihisa Yamamoto y colegas, estudió una forma de mejorar las mediciones de espectroscopía Raman y hacerlas competentes para el análisis de SNC (Figura).
Un tipo particular de enfoque de espectroscopía Raman se llama espectroscopía Raman mejorada en superficie. En su variante más refinada, Se añaden a la muestra nanopartículas de oro y / o plata encerradas en una fina capa inerte de sílice para amplificar las señales ópticas y así aumentar la sensibilidad de la técnica. El equipo de investigación se centró primero en determinar teóricamente su tamaño y composición óptimos, donde los amplificadores ópticos de plata de 100 nm (casi el doble del tamaño comúnmente utilizado) pueden amplificar en gran medida las señales de los SNC adheridos a la capa de sílice porosa. "Esta técnica espectroscópica genera selectivamente señales Raman de sustancias que están muy cerca de la superficie de los amplificadores ópticos, "explica el profesor Yamamoto. Para poner a prueba estos hallazgos, midieron los espectros Raman de los SNC de óxido de estaño para ver si podían encontrar una explicación en su composición estructural o química para su inexplicablemente alta actividad catalítica en ciertas reacciones químicas. Comparando sus medidas Raman con simulaciones estructurales y análisis teóricos, encontraron nuevos conocimientos sobre la estructura de los SNC de óxido de estaño, explicando el origen de la actividad catalítica específica dependiente de la atomicidad de las SNC de óxido de estaño.
La metodología empleada en esta investigación podría tener un gran impacto en el desarrollo de mejores técnicas analíticas y ciencia subnanoscala. "La comprensión detallada de la naturaleza física y química de las sustancias facilita el diseño racional de subnanomateriales para aplicaciones prácticas. Los métodos espectroscópicos altamente sensibles acelerarán la innovación de materiales y promoverán la subnanciencia como un campo de investigación interdisciplinario, ", concluye el profesor Yamamoto. Los avances como el presentado por este equipo de investigación serán esenciales para ampliar el alcance de la aplicación de subnanomateriales en varios campos, incluidos los biosensores, electrónica, y catalizadores.
El estudio se publica en Avances de la ciencia .
