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Principales Líneas de Investigación:
Líneas Experimentales de Investigación
Nanofabricación
Preparación de nanopartículas (NPs) metálicas con propiedades plasmónicas que dan lugar a intensificaciones altas del campo electromagnético como sistemas metálicos mixtos core/shell, nanoprismas triangulares o nanocubos.
Diferentes sustratos plasmónicos fabricados variando la morfología de las nanopartículas.
Functionalización de Superficies Metálicas: fabricación de Nanosensores
La funcionalización permite aumentar de manera considerable la sensibilidad y la selectividad de las nanoestructuras formadas, permitiendo así obtener superficies de altas prestaciones al combinar las propiedades físicas de los sistemas metálicos obtenidos e inmovilizados, con las propiedades químicas de las moléculas orgánicas autoensambladas sobre ellos.
La funcionalización con moléculas hospedadoras o receptoras tales como calixarenos, ciclodextrinas y viológenos permite la detección de contaminnates y fármacos gracias a la existencia de cavidades hidrofóbicas en estos hospedadores, en los que se pueden alojar las moléculas que se pretende detectar.
Detección de pireno mediante superficies de Ag funcionalizadas con 1,3-bis-(ditiocarbamato) -calix[4]areno.
La funcionalización con ensambladores bifuncionales mejoran extraordinariamente las prestaciones de los soportes por actuar como creadores de espacios interpartícula con alta intensificación de campo electromagnético (hot spots).
Formación de espacios interpartícula de alta intensificación de campo electromagnético mediante ensamblaje con viológeno lucigenina y detección de pireno.
Interacción de nanopartícula / Biomolécula
Se está estudiando la adsorción de biomoléculas de diferente naturaleza con nanopartículas metálicas. Las biomoléculas estudiadas son oligopéptidos, proteínas y otras sustancias naturales como sustancias húmicas y melaninas. En el caso de las sustancias húmicas se ha llevado a cabo una caracterización a distinto pH, y se ha estudiado su interacción con pesticidas.
Estudio diferencial de complejos sustancia húmica/paraquat mediante distintas líneas de excitación en la detección del herbicida paraquat.
Fluorescencia Intensificada por Nanoestructuras Plasmónicas (SEF)
La técnica SEF (Surface-enhanced Fluorescence) sobre NPs en suspensión coloidal ha permitido el estudio de la adsorción y agregación de fármacos, especialmente los fármacos antitumorales hipericina, emodina, y el fármaco anti-inflamatorio piroxicam sobre nanopartículas metálicas. La interacción de estos fármacos con albúmina da lugar a una consiguiente intensificación de los espectros SEF, que conjuntamente con los espectros SERS, los espectros de dicroísmo circular y los de fluorescencia de vida media, han dado lugar a importantes resultados sobre los cambios estructurales que sufren estos sistemas una vez adsorbidos sobre la superficie metálica.
Modelo de adsorción del fármaco antitumoral y fotosensibilizador hipericina sobre superficies de Ag a distinto pH
Detección Ultrasensible de Sustancias empleadas en el dopaje deportivo
Se está llevando a cabo una aplicación de diferentes sustratos de naturaleza plasmónica y con funcionalizaciones diversas para el estudio de la adsorción y detección de sustancias empleadas en dopaje, como los b-agonistas clenbuterol, salbutamol y terbutalina, así como de aminoglutetimida, inhibidor de aromatasa empleado en deportistas para evitar la pérdida de masa muscular. El empleo de NPs de Ag con forma de prismas triangulares ha permitido rebajar de forma sensible el límite de detección de estos compuestos hasta niveles nunca antes detectados mediante las técnicas convencionales.
Detección de aminoglutetimida, un fármaco antitumoral también empleado en dopaje deportivo, sobre nanopartículas plasmónicas de Au. La detección es sensible a las diferentes posibles adsorciones sobre la superficie, en función del pH.
Aplicaciones en el Patrimonio Histórico
Se ha llevado a cabo la aplicación de las técnicas SERS y SEF al estudio de pigmentos de interés en el Patrimonio Cultural. La presencia de nanopartículas plasmónicas induce una atenuación de la fluorescencia, permitiendo observar las bandas Raman. Se han ensayado experimentos consistentes en la fabricación in-situ de NPs de Ag mediante fotorreducción para el estudio y detección de pigmentos orgánicos en fibras naturales sin necesidad de extracción. Concretamente, los resultados publicados han consistido en el análisis de pigmentos amarillos como flavonoides y pigmentos rojos de naturaleza antraquinónica, como alizarina y carmín.
Detección in situ del flavonoide luteína en fibras de seda sin extracción del colorante, mediante generación de nanopartículas de Ag por fotorredución láser sobre la fibra.
Dentro de esta línea de investigación se ha llevado a cabo la aplicación de espectroscopías SERS y SEF al estudio de pigmentos orgánicos sintéticos. Los pigmentos estudiados son fundamentalmente derivados de la quinacridona, conocidos por su gran durabilidad, en parte debida a su gran insolubilidad en medio acuoso, lo que dificulta notablemete su caracterización mediante técnicas espectroscópicas.
Ensamblaje y disgregación del pigmento quinacridona quinona mediante interacción con tetra-carboetoxi-calix[8] areno y detección ultrasensible sobre nanopartículas de Ag.
En relación con el Patrimonio, se ha comenzado a desarrollar una nueva línea de investigación consistente en el estudio de los aditivos moleculares orgánicos añadidos en los cementos y hormigones actuales y los utilizados en la antigüedad. Los aditivos se añaden para obtener determinadas propiedades en el cemento u hormigón. Se están estudiando tres tipos de aditivos: a) de base naftalensulfonato; b) de base lignosulfonatos y c) de base policarboxilatos. En general los aditivos poseen una estructura compleja ya que suelen ser mezclas de varios compuestos, con un grupo apolar y una cadena polar que sería la que interaccionaría con los componentes del cemento. En la actualidad no se conoce con exactitud el mecanismo de acción de acción de los aditivos.Se han obtenido los espectros Raman y se está trabajando en la obtención de los espectros SERS; a partir de estos datos se está realizando el análisis de sus modos vibracionales con el fin de elucidar su estructura y hacer un seguimiento de los cambios producidos en la misma al interaccionar con los componentes del cemento, con el fin de conocer el mecanismo de acción de los aditivos.
Posible interacción entre una particula de cemento y los grupos polares de un aditivo superplastificante.
Espectro F T-Raman de un aditivo base lignosulfonato
Líneas Teóricas de Investigación
NANOPLAS (NANo-Optical PLASmonic antennas)
MICINN Project (FIS2009-11264)
Optical properties of metal nanoparticles: Nanoantennas
Advanced numerical formulation (SIEs+Gielis' superformula) to study the optical properties of 2D/3D nanoparticles (single or coupled) of arbitrary shape and lack of symmetry. A variety of metal nanoparticles are investigated, thus determining rigorously the localized surface-plasmon resonances of nanocubes, nanostars, nanodimers, etc. The flexibility and reliability of our formulation makes it specially suitable for complex scattering problems in Nano-Optics & Plasmonics.
Left: Electric field intensity on the surface of a Ag rounded-cube dimer (L=30 nm, gap=20 nm) with plane wave illumination matching the longitudinal LSPR. Right: Near-field distributions of the electric field intensities for the Ag four-petal nanoflower with mean radius ρ=30 nm and deformation parameter β=2/3, illuminated with a monochromatic plane wave with wavelength equal to either one of the two main LSPRs (dipolar and quadrupolar, respectively) at λ=487 nm (a,c) and at λ=369 nm (b,d): (a,b) θi=0◦; (c,d) θi=45º.
Nanostructure enhance Raman/fluorescence/photoluminescence
Electromagnetic processes stemming from molecular (spontaneous) emission close to complex metal nanostructures pumped at/near surface-plasmon resonances are investigated. On the one hand, the impact of such resonances on surface-enhanced Raman scattering (SERS) of molecules adsorbed on the nanoantenna surface is addressed through near-field calculations at hot spots. On the other hand, single molecule fluorescence (and/or quantum dot emission) close to metallic nanoantennas is thoroughly, addressing crucial issues as the modification and enhancement (or quenching) of spontaneous emission in (bio)molecular and optoelectronic systems, due to the strong impact on the local (near-field) EM density of states of surface-plasmon resonances in dimer nanoantennas.
EMET(Engineering METamaterials)
CONSOLIDER-INGENIO Proyect (CSD2008-00066)
Metamaterials towards the IR-visible.
We investigate theoretically isotropic metamaterials made up of meta-atoms with high index of refraction in the (IR-)visible range. To this end, core-shell nanostructures will be addressed based on dielectric materials with high, positive index of refración (Si, Ge). Designs based on other geometries, such as nano/micro-wires will be investigated too.
We expect to develop numerical techniques based on homogenization methods which in turn take advantage of the power and versatility of the our 3D SIE scattering formulation.
CSIC-CNRS Collaboration:
Engineering of plasmonic sensors bio-inspired optimization methods.
This project aims at applying bio-inspired optimization strategies to the optical modeling of complex nanostructures. We intend to generalize our approach to study common-interest applications such as plasmon-assisted chemo- or biosensing. Our start point will be the already implemented 3D surface-integral equation formulation (formally exact) for unsupported nanoparticles of arbitrary shape. This project is a joint venture initiated in 2009 between the group headed by Demetrio Macías at the Institut Charles Delaunay-Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation (UTT, Troyes, France), and our theoretical group.
![Detección de pireno mediante superficies de Ag funcionalizadas con 1,3-bis-(ditiocarbamato) -calix[4]areno.](fotos/calix_s.jpg "Detección de pireno mediante superficies de Ag funcionalizadas con 1,3-bis-(ditiocarbamato) -calix[4]areno.")
![Ensamblaje y disgregación del pigmento quinacridona quinona mediante interacción con tetra-carboetoxi-calix[8] areno y detección ultrasensible sobre nanopartículas de Ag.](fotos/quinacr_s.jpg "Ensamblaje y disgregación del pigmento quinacridona quinona mediante interacción con tetra-carboetoxi-calix[8] areno y detección ultrasensible sobre nanopartículas de Ag.")
