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“Surface-enhanced Raman scattering-based detection of hazardous chemicals in various phases and matrices with plasmonic nanostructures”
Integrantes:
- D' Alessandro Clara Ludmila
- Ferrer Rodrigo
- Picinato Ana Clara
Sensores SERS:
Sensores basados en dispersión Raman con superficie mejorada.
Intro
|
¿Por qué es imprescindible
su desarrollo?
Gran cantidad de compuestos químicos y biológicos muy tóxicos
En medio ambiente y en contacto con seres vivos...
Cromatografía gaseosa.
Cromatografía líquida.
Espectroscopía de masas.
Electroforesis.
Inmumoensayos.
SERS Raman.
1.
2.
3.4.
5.
6.
Métodos de identificación
SERS Plasmónicos
Es una oscilación colectiva de electrones libres, puede ser excitada por un campo electromagnético.
Punto caliente: es una cavidad óptica acomplejada con campos cercanos extraordinariamente mejorados entre nanoestructuras metálicas, y muestran una mejora SERS.
Plasmón
Absorben y dispersan la luz en regiones esecíficas del espectro electromagnético con altos coeficientes de extinción molar.
Sensores SERS para detección in situ
Question/Problem
Detección de productos químicos peligrosos en las tres matrices principales
En el trabajo se exponen
metodologías para la detección de compuestos peligrosos basados en SERS,
en las tres matrices ambientalesy sus fases:
1- Aire.
2-Tierra.
3-Agua.
Problemas de la técnica en la detección:
-Pequeña sección transversal Raman.
-Débil absorción sobre el sustrato.
-Acumulación de targets en puntos calientes.
Principales gases tóxicos:
-inorgánicos (NOx y COx)
-orgánicos volátiles
-industriales (HF,HCN)
Aire
Difíciles de detectar:
-Baja concentración.
-Alta movilidad.
-Falta de receptores. específicas.
Mejora de
1.
señal SERS en gases
Tierra
Nanoplacas de Ag
3.
AuNP modificadas
Microextracción y detección de perclorato en suelo.
2.
Capaces de unirse a tiram y autoensamblarse en una estructura que produce Hot-spots.
Vesículas plasmónicas 3D
SERS modificado
2.
1.
Introducción de fuerzas externas para moléculas targets en Hot-spots
4.
Diseño de nanoestructuras metálicas o revestimiento de capas suplementarias.
Diseño ingenieril de Hot-spots.
3.
con MOF
Mayor superficie y puntos calientes y que mejoran la señal SERS.
Detección de pesticidas con MOF porque proporciona un cribado Cribado selectivo y aumenta los Hot-spots.
Los sensores SERS para agua son más abundantes:
-Fácil preparación de muestra
-Detección sencilla de targets
-Muestras concentradas en volumen pequeño
Desafío: identificar compuestos hidrofóbicos
AGUA
Esfera de sílice magnética funcionalizada con ssDNA para extracción de iones Ag+ y Hg2+. Lo que induce Hot-spots y señales SERS mejoradas.
Detección de
Iones mercurio y plata
NP activa con interruptor
1.
Las NPs en presencia de Cd se activan y producen Hot-Spots para mejorar la señal SERS.
2.
Tintes de alizarina
Detección de
AuNP con ácido 3-mercaptopropiónico, ácido 2,6-piridinedicarboxílico y tinte de alizarina cuyo sensor está adaptado para mejorar la señal SERS en presencia de Cd 2+
Iones cadmio
AuNP con espuma de níquel 3D modificada con alquilos lo que favorece las interacciones hidrofóbicas.
Detección de
Contaminantes hidrofóbicos
Sal de diazonio como autoensamblaje de monocapas en matrices de nanorod de oro. Esto contribuyó a la formación de Hot-Spots y mejoramiento de la reproducibilidad de datos.
Sugerencias a las limitaciones de SERS para agua
Utilzación de SERS en
AuNPs recubiertas con sílice
Muestra más compleja:
Alimentos y
>Para la detección de pesticidas sobre la superficie de frutas cítricas.
Detección de ricino en sangre humana
AuNPs unidas a cinta comercial
biotoxinas
Película de plata sobre una nanoesfera (AgFON) con aptámeros de ADN o ARN que reconocen el ricino en sangre. Este complejo sobrevivió y mantuvo su estabilidad durante diez días.
>Detección de múltiples pesticidas sobre superficies de múltiples sustratos.
Nanorod de Au ensamblados
>Para la detección de carbaryl en jugos de naranja, uva y en leche
¿Cómo detectar cantidades
muy pequeñas de pesticidas?
Utilización de Espectroscopía Raman con sensor SERS.
Question/Problem
Utilización de sensores SERS en
Armas y explosivos
El sensor debe:
-Formar varios puntos calientes.
-Reproducir una señal indirecta.
-Amplificar la señal Raman.
El sensor NO debe:
- Utilizar superficies metálicas para la detección de estos targets.
Detección de DMMP
-Celda de gas con sustrato SERS.
-Superficie del sensor recubierta con citrato y NPs de oro coloidal.
-Adición de receptores
superficiales.
Detección de malathion
-AuNP depositadas en papel de filtro.
-AgNP depositadas en hisopos de algodón.
-Impresión de AgNP con chorro de tinta de flujo lateral en un papel.
Detección de gas nervioso VX
-NPs de Si recubiertas con Au superhidrofóbicas
-Se producieron muchos Hot-Spots
-Se identificaron pequeñas cantidades del gas
Detección de nitroexplosivos
- Interfaz semiconductora de Au-TiO2 sobre el sensor SERS.
- Uso de luz para excitar electrón de banda de valencia.
- Amplificación de la señal.
CONCLUSIONES
Los métodos de detección basados en SERS son ventajosos porque ofrecen metodologías no destructivas, sin etiquetas y sencillas para analizar objetivos de interés. Esto permite un pretratamiento mínimo de la muestra antes del paso de detección para un análisis de datos rápido y directo.
La matriz del analito objetivo es un factor clave.
Compuestos peligrosos en solución
-¿Analito hidrofílico o hidrofóbico?
-Mejor método: interfaz con partículas coloidales que reaccionen en la misma fase
Compuestos químicos en fase gaseosa o vapor
-Alta movilidad de compuestos.
-Poca especificidad en la detección.
-Superficies de interacción especializadas en la recolección.
Agentes tóxicos, explosivos y volátiles
-Sensores con un límite bajo de detección, capacidad de agregarse indirectamente y detectar muestras objetivo.
-Detección indirecta de analitos.
-Modificaciones a la plataforma.
Thank you