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Seminario Tandar. Marzo 2007
Sondas y actuadores ópticos basados en nanopartículas metálicas
Andrea Bragas
Laboratorio de Electrónica CuánticaDepartamento de Física
FCEyNUniversidad de Buenos Aires
Seminario Tandar. Marzo 2007
Nanopartículas como sondas para SNOMNanopartículasNanopartículas como sondas para SNOMcomo sondas para SNOM
Nanopartículas como modificadores del medioNanopartículasNanopartículas como modificadores del mediocomo modificadores del medio
Nanopartículas como sensores del medioNanopartículasNanopartículas como como sensoressensores del mediodel mediobiosensores
Nanoactuadores
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Campo electromagnético intensificado y confinado alrededor de objetos nanométricos
Plasmones superficiales localizados
Excitación de los e- del plasma en un metal con geometrías confinadas
biosensores SERS
ωh
0ωω hh ±
Nano-ópticaNanoNano--ópticaóptica
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Propiedades ópticas de nanopartículas esféricasPlasmones
Propiedades ópticas de Propiedades ópticas de nanopartículasnanopartículas esféricasesféricasPlasmonesPlasmones
Polarizabilidad
m
m
( )( )( ) 2ε ω − ε
α ω ∝ε ω + ε
Resonancia
mε+ ++ ++
-----
E+ ++ ++
-----
k ( )
400 450 500 550 600 650 700-15
-10
-5
0
0.0
0.2
0.4
0.6
ε2
ε1
λ[nm]
Función dieléctrica del oro
m ( ) 2ε ω = − ε forif
Aproximación cuasi-estacionaria+ ε(ω)
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Propiedades ópticas de nanopartículas esféricasPlasmones
Propiedades ópticas de Propiedades ópticas de nanopartículasnanopartículas esféricasesféricasPlasmonesPlasmones
Polarizabilidad
m
m
( )( )( ) 2ε ω − ε
α ω ∝ε ω + ε
Resonancia
mε+ ++ ++
-----
E+ ++ ++
-----
k ( )
m ( ) 2ε ω = − ε forif
Aproximación cuasi-estacionaria+ ε(ω)
400 450 500 550 600 650 700
I Sca [a
.u.]
λ[nm]
Au 60 nm
biosensores
Seminario Tandar. Marzo 2007
400 450 500 550 600 650 700
I Sca [a
.u.]
λ[nm]
Au 60 nmScattering para marcado
Una partícula de oro de 60nmdispersa como 100.000 moléculas fluorescentes de fluoresceína
Ag es alrededor de 10 veces más brillante que Au
No tóxica?
Marcador de gran duración?
Propiedades ópticas de nanopartículas esféricasPlasmones
Propiedades ópticas de Propiedades ópticas de nanopartículasnanopartículas esféricasesféricasPlasmonesPlasmones
biosensores
Seminario Tandar. Marzo 2007
400 450 500 550 600 650 700
I Sca [a
.u.]
λ[nm]
Au 60 nm
Desventaja
No existe corrimiento entre la longitud de onda de excitación y dispersión
Propiedades ópticas de nanopartículas esféricasPlasmones
Propiedades ópticas de Propiedades ópticas de nanopartículasnanopartículas esféricasesféricasPlasmonesPlasmones
biosensores
Seminario Tandar. Marzo 2007
x [nm]
y [n
m]
10 20 30 40 50 60 70 80
10
20
30
40
50
60
70
80
Dímero de OroDiámetro: 20 nmS eparación: 30 nmP olarizacion: P aralelaL. Onda: 532 nm
E
Propiedades ópticas de dímeros de oroPropiedadesPropiedades ópticasópticas de de dímerosdímeros de de orooro
biosensores
Seminario Tandar. Marzo 2007
λ =532 nm
Dímero de oro, 20nm diámetro
0 30 60 9010
20
30
40 distance = 26 nm
Cex
t (10
-15 cm
2 )
angle (degree)0 30 60 90
10
20
30
40 distance = 22 nm
Cex
t (10
-15 cm
2 )
angle (degrees)
Aplicaciones: medidas de distancia y orientaciónAplicaciones: medidas de distancia y orientaciónAplicaciones: medidas de distancia y orientación
Hernán E. Grecco, Oscar E. Martínez, Optics Express, Vol. 14, Issue 19, pp. 8716-8721 (September 2006)
biosensores
Seminario Tandar. Marzo 2007
1 1.5 2 2.5 3 3.50
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Dis tance / Diameter
Ani
sotro
py
Gold dimerRadius : 10 nm.λ: 532 nm.
Hernán E. Grecco, Oscar E. Martínez, Optics Express, Vol. 14, Issue 19, pp. 8716-8721 (September 2006)
Aplicaciones: medidas de distancia y orientaciónAplicaciones: medidas de distancia y orientaciónAplicaciones: medidas de distancia y orientación
Seminario Tandar. Marzo 2007
Microscopio óptico por intensificación de campoFESOM
Microscopio óptico por intensificación de campoMicroscopio óptico por intensificación de campoFESOMFESOM
FESOM
A.V. Bragas and O. E. Martínez. Optics Letters, 25 (9), pg. 631-633, 2000.
Seminario Tandar. Marzo 2007
NanoRaman y NanoPLNanoRamanNanoRaman y y NanoPLNanoPL
FESOM
A.V. Bragas and O. E. Martínez. Optics Letters, 25 (9), pg. 631-633, 2000.
Microscopio óptico por intensificación de campoFESOM
Microscopio óptico por intensificación de campoMicroscopio óptico por intensificación de campoFESOMFESOM
Seminario Tandar. Marzo 2007
NanoRaman. Espectroscopía vibracionalNanoRamanNanoRaman. . EspectroscopíaEspectroscopía vibracionalvibracional
Novotny, Rochester, USA
Especificidad químicaNo se necesita marcadoSeñales ópticas intensificadas
Intensidadintensificada
Ramanintensificado
A. Hartschuh, E. J. Sanchez, X. S. Xie, and Lukas Novotny Phys. Rev. Lett. 90, 95503, 2003.
Seminario Tandar. Marzo 2007
Nanoesferas de plata5 nm diámetro (en aire)
Propiedades ópticas de dímeros de AgPropiedadesPropiedades ópticasópticas de de dímerosdímeros de Agde Ag
Seminario Tandar. Marzo 2007
Puntas basadas en nanopartículasPuntasPuntas basadasbasadas en en nanopartículasnanopartículas
Esferas de silica decoradas con nanopartículasIntensificación controlada
SiO2 170nmAg 5nm
Seminario Tandar. Marzo 2007
SiO2 170nmAg 5nm
Puntas basadas en nanopartículasPuntasPuntas basadasbasadas en en nanopartículasnanopartículas
Esferas de silica decoradas con nanopartículasIntensificación controlada
Seminario Tandar. Marzo 2007
1µm
1µm
AFM. TEM, SEM images CMA
gold in carbon
Puntas basadas en nanopartículasPuntasPuntas basadasbasadas en en nanopartículasnanopartículas
Seminario Tandar. Marzo 2007
Puntas basadas en nanopartículasPuntasPuntas basadasbasadas en en nanopartículasnanopartículas
Seminario Tandar. Marzo 2007
(a)
Puntas basadas en nanopartículasPuntasPuntas basadasbasadas en en nanopartículasnanopartículasGeneración de fuente brillante de luz blanca
130 mW
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Propiedades ópticas de otras geometríasPropiedadesPropiedades ópticasópticas de de otrasotras geometríasgeometríasNanoRods
Payne EK, Shuford KL, Park S, Schatz GC, Mirkin CA, J Phys Chem B 110 : 2150, 2006 Hao E. and Schatz GC, J Chem Phys 120: 357, 2004
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Crescent-shaped
J. Shumaker-Parry, H. Rochholz, M. Kreiter. Advanced Materials 17, 2131 (2005)
Propiedades ópticas de otras geometríasPropiedadesPropiedades ópticasópticas de de otrasotras geometríasgeometrías
biosensores
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
NanoRice
Wang H, Brandl DW, Le F, Nordlander P, Halas NJ, Nanoletters 6, 827, 2006
Propiedades ópticas de otras geometríasPropiedadesPropiedades ópticasópticas de de otrasotras geometríasgeometrías
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
C. Pitsillides et al, Biophysical Journal 84, 4023 (2003)
Targeting selectivo de célulasTargeting Targeting selectivoselectivo de de célulascélulasDañoDaño localizadolocalizado de de célulascélulas
Láseres pulsados de alta potencia, Enormes cambios en temperatura, miles de Kelvin
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
Pueden las nanopartículas manejar pequeños cambios controlados de temperatura?
Cómo es la transferencia de calor en la nanoescala?
Pueden las Pueden las nanopartículasnanopartículas manejar pequeños cambios manejar pequeños cambios controlados de temperatura?controlados de temperatura?
Cómo es la transferencia de calor en la Cómo es la transferencia de calor en la nanoescalananoescala??
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
ωl,n’=ωl,n+i∆ωl,n= vL /R ξ l,n
muy sensibles al medio
Fonones acústicosFononesFonones acústicosacústicos
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
RamanRamanRaman
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Inte
nsity
(arb
.uni
ts)
Raman shift (cm-1)
λ = 458 nm
λ = 514 nm
400 450 500 550 600 650
1x10-13
2x10-13
3x10-13514 nm458 nm
Extin
ctio
n cr
oss
sect
ion
(cm
2 )
Wavelength (nm)
Ag, diam promedio 5nm
Nano-actuadores
Seminario Tandar. Marzo 2007
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Raman shift (cm-1)
Inte
nsity
(arb
. uni
ts)
40 mW
30 mW
20 mW
10 mW
5 mW
RamanRamanRaman
aumentando potencia
AFM images, CMANano Raman !
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