Preparación y caracterización de plataformas nanoestructuradas

Abstract

Monocapas autoensambladas Las superficies de metales u óxidos metálicos tienden a adsorber espontáneamente moléculas orgánicas, disminuyendo la energía libre de la interfaz entre la superficie y el medio con el que están en contacto. Estos adsorbatos también modifican las propiedades interfaciales, por ejemplo cambiando la reactividad o las propiedades eléctricas.1 Las superficies modificadas son interesantes en diferentes aplicaciones de la Nanociencia, como la electrónica o el área de biosensores.1,2 Se pueden generar monocapas por diferentes métodos, como recubrimiento por spray (spray coating)3 donde se rocía el sustrato con una solución del adsorbato y luego se deja evaporar el solvente; por centrifugación (spin coating)4 donde se coloca un exceso de solución del adsorbato sobre el sustrato y luego se lo rota a velocidades altas para que el fluido se distribuya por fuerza centrífuga; monocapas de Langmuir-Blodget5, monocapas autoensambladas (Self-Assembled Monolayers, SAMs) 6, ya sea por un método húmedo de inmersión del sustrato en una solución con el adsorbato o por deposición en ultra alto vacío (UHV), entre otros. Las SAMs son adecuadas para realizar estudios en nanociencia y tecnología7 ya que: i) son muy fáciles de preparar y no requieren equipamiento muy costoso o especializado; ii) se forman sobre sustratos de cualquier forma o tamaño, estabilizando o agregando una funcionalidad química a la superficie como ocurre en películas delgadas o coloides de nanopartículas; iii) modifican las propiedades fisicoquímicas de las estructuras modificadas. Las monocapas autoensambladas son arreglos bidimensionales que se producen cuando las moléculas de un adsorbato se anclan a una superficie espontáneamente desde una fase vapor o solución.8 En la Figura 1-1 se muestra esquemáticamente un ejemplo típico de una monocapa de un alcanotiol adsorbido sobre un sustrato de Au (111). Se pueden distinguir tres zonas en las monocapas: Grupo cabeza o ligando: Es el átomo o grupo de átomos a través de los cuales el adsorbato se une con el sustrato. En algunos casos el grupo cabeza tienen una alta afinidad con el sustrato, lo que previene que otros materiales orgánicos se adsorban sobre la superficie, como ocurre por ejemplo con los tioles sobre superficies de oro. Asimismo, las fuerzas intermoleculares juegan un papel muy importante en la adsorción y auto-organización de los adsorbatos. La adsorción hace que se modifiquen los estados electrónicos del sustrato y del adsorbato y se estabilicen los átomos superficiales.1 Grupo espaciador: es la zona intermedia de la SAM. En el caso de los alcanotioles la variación de la longitud de la cadena alquílica permite modificar el espesor de la SAM. Entre moléculas adyacentes existen fuerzas intermoleculares atractivas como fuerzas de van der Waals y fuerzas hidrofóbicas que estabilizan y organizan el autoensamblado. Esta es la interfase orgánica, que funciona como una barrera física y modifica las propiedades conductoras, eléctricas y ópticas del sustrato. Grupo terminal: es la zona del adsorbato que queda expuesta al medio. Pueden ser diferentes grupos funcionales como por ejemplo –CH3, -NH2, OH, -COOH, constituyendo la interfaz SAM/medio. Las propiedades superficiales como hidrofobicidad, conductividad, reactividad y propiedades ópticas, se modifican variando la naturaleza del grupo terminal. A su vez, estos grupos terminales pueden emplearse para anclar diferentes biomoléculas y nanoestructuras, por enlaces covalentes, o menos específicas como interacciones electrostáticas, permitiendo el diseño de sistemas para aplicaciones como sensores químicos y de bioreconocimiento, dispositivos de liberación controlada de fármacos, fabricación de patrones para moldes y réplicas, entre muchas otras.9,10 En resumen, variando la naturaleza del adsorbato se pueden modificar superficies de forma tal de cambiar sus propiedades fisicoquímicas, como por ejemplo propiedades ópticas, eléctricas, reactividad, hidrofobicidad, entre otras, permitiendo generar superficies “a medida” con las propiedades deseadas.