Construcción de nuevos sensores basados en nanotecnología para

Construcción de nuevos sensores basados en nanotecnología para detección rápida
y sensible de contaminantes ambientales
Proyecto dirigido por A. Paula Zaderenko Partida y José Antonio Mejías Romero
El proyecto propuesto trata de la preparación de un sensor de pesticidas utilizando un
sustrato de nanopartículas metálicas combinado con el uso de espectroscopia Raman y/o
infrarroja. El uso de nanopartículas metálicas permite amplificar las señales raman e
infrarrojas de una sustancia adsorbida sobre ellas, lo que permite detectar
concentraciones muy bajas del pesticida. Las espectroscopias raman e infrarroja que
hacen uso de este efecto de aumento de señal son normalmente conocidas como
espectroscopias SERS y SEIR. La figura 1 muestra un esquema general de la
preparación y uso del sensor
Figura 1. A: Fabricación de
nanoestructura con propiedades a
medida (capacidad para intensificar
raman y IR). B: Diseño de un
receptor artificial RA, Y, para el
ligando L (contaminante a detectar,
pentágono azul). C: funcionalización
de la nanoestructura con RA. D: la
formación de complejos RA-L sobre
la nanoestructura permite detección
SERS y SEIR ultrasensible y
ultraselectiva.
Un ejemplo de amplificación de la señal en espectros SEIR, obtenido en nuestro
laboratorio, se muestra en la figura 2
2
BME 0.5 microL / KBr
1.8
TiO2/Ag/BME 0.1 microL / KBr
1.6
1.2
1
0.8
Absorbance
1.4
0.6
0.4
0.2
0
3900
3400
2900
2400
1900
Wavenumber/ cm-1
1400
900
Figura 2. Espectro SEIR (línea roja) de beta mercaptoetanol (BME) adsorbido sobre o cerca de pequeñas
nanopartículas de Ag fotoreducidas sobre TiO2 (ver imagen TEM a la derecha) La línea azul muestra el espectro
FTIR (no amplificado) de BME en KBr. La comparación de espectros muestra que las señales se intensifican por un
factor de 20 a 50.
El proyecto comprende todas las etapas del desarrollo del sensor: la síntesis de
nanopartículas por métodos de fotoreducción y de reducción química del metal,
caracterización de las nanopartículas y medidas por medio de espectroscopias UV-Vis,
FTIR y Raman.
Por tanto, se utilizará una gran variedad de técnicas tales como las anteriormente
mencionadas, así como métodos de separación y purificación (cromatografías, diálisis,
rotavapor,…etc) y de caracterización (TEM, SEM, RMN, fluorescencia de RX,…etc) si
bien éstas últimas se realizarán en los servicios centrales de la Universidad de Sevilla,
por lo que alumno participará esencialmente en la interpretación de resultados.
Algunos de los equipos que se utilizarán en este proyecto se muestran en las figuras 3 y
4.
A
B
C
Figura 3. Sistema de espectroscopia UV-Vis con array de fotodiodos con fibra óptica. A Lámparas de
deuterios+halógena. B portamuestras de cuatro vías para espectroscopia de absorción, fluorescencia o dispersión de
luz. C Detector de fotodiodos.
A
B
C
Figura 4. A Cromatógrafo de gases con detector de masas Agilent Technologies 6890. B Espectrómetro de
infrarrojos con transformada de Fourier Bruker IF66/S. C Microscopio confocal Raman Bruker modelo Senterra con
eliminación de fluorescencia y calibración automáticas y láser de 785 nm.
El alumno trabajará en el seno de un grupo de investigación formado por al menos 4
personas y en proyectos financiados por el Ministerio de Educación y Ciencia,
Ministerio de Medio ambiente, Confederación Hidrográfica del Guadalquivir y Junta de
Andalucía (Consejería de innovación ciencia y empresa).