Los científicos de la Universidad de Rice han encontrado información reveladora donde la luz de una molécula se encuentra con la luz de una nanopartícula.
Los laboratorios de los químicos de Rice Christy Landes y Stephan Link demostraron cómo optimizar un método que puede detectar pequeñas concentraciones de moléculas al amplificar la luz que emiten cuando sus frecuencias espectrales se superponen con las de las nanopartículas plasmónicas cercanas.
Los plasmones superficiales, ondas electrónicas coherentes que se ondulan a través de la superficie de una nanopartícula metálica, actúan como antenas y mejoran la luz emitida por las moléculas hasta 10 veces cuando están en el "punto dulce" cerca de una partícula.
Su técnica es el tema de un artículo en una edición especial de la Revista de Física Química enfocado en direcciones emergentes en plasmónicos. El trabajo en Rice podría ayudar a los investigadores a analizar las superficies activas de catalizadores y otros materiales a nanoescala, un paso importante para mejorar su eficiencia.
El descubrimiento se basa en el fenómeno de la electroquimioluminiscencia ECL, por el cual la electricidad impulsa reacciones químicas que provocan que las moléculas emitan luz, dijo Thomas Heiderscheit, un estudiante graduado de Rice y autor principal del documento. A menudo se usa para detectar materiales traza comometales pesados en el agua o el virus Zika en fluidos biológicos.
Los estudios anteriores dedujeron que la superposición espectral de las nanopartículas y las moléculas mejoraría la señal, pero esos estudios no pudieron explicar las diferencias innatas en los tamaños y formas de las nanopartículas que podrían enmascarar los efectos. Los investigadores de Rice se habían propuesto minimizar estos otros impactoscentrarse solo en el papel de la superposición de frecuencia espectral en la mejora de la señal.
"Este estudio analiza qué tipo de antena es la mejor para usar, porque las propiedades de la nanopartícula dictan el espectro y su superposición con la molécula", dijo Miranda Gallagher, investigadora asociada de investigación posdoctoral de Rice y coautora del artículo"¿Debería ser redondo o tener bordes afilados? ¿Debería ser más pequeño o más grande?"
En experimentos, los investigadores combinaron nanoesferas de oro o nanotriángulos de oro de punta afilada con una molécula de tinte a base de rutenio en una cubierta de polímero que evitó que las moléculas migraran demasiado lejos de las partículas ". Ese es esencialmente nuestro electrodo", dijo Heiderscheit."Si no tuviéramos el polímero, las moléculas de tinte serían libres de moverse y veríamos la luz difundida a través de la muestra".
Con las moléculas restringidas por el polímero, podían ver claramente las moléculas que emitían partículas cercanas. Determinaron que la mejora de la señal se controla mediante una combinación de coincidencia de tamaño y frecuencia entre la molécula de colorante y las nanoesferas, y solo la coincidencia de frecuencia para nanotríngulos.
La imagen de una sola molécula todavía es un estiramiento para la técnica naciente, dijo Heiderscheit.
"Básicamente, estamos imaginando cuán activa es una superficie", dijo. "El Departamento de Energía el principal patrocinador del proyecto se preocupa por esta investigación porque podría lograr un mapeo de reactividad de alta resolución en una superficie."La súper resolución permite la captura de imágenes por debajo del límite de difracción de la luz.
"Por ejemplo, si tiene nanopartículas en un sistema de batería, puede usar ECL para mapear dónde las reacciones son más químicamente activas", dijo Heiderscheit. "Está determinando esencialmente qué nanopartículas son un buen catalizador, y podemos usaresta herramienta para diseñar mejores ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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