Resumen

En los últimos tiempos las técnicas de fabricación y modificación de nanopartículas metálicas o semiconductoras se han desarrollado extraordinariamente con el fin de obtener superficies con propiedades adecuadas para ser empleadas en dispositivos electrónicos, ópticos, y espectroscópicos. El diseño de estos dispositivos a menudo requiere de la inmovilización de un receptor molecular sobre la superficie de una nanoestructuctura o superficies metálicas continuas a través de adsorción química específica o mecanismos de autoagregación.

En este ámbito, la investigación en química supramolecular se ha orientado al desarrollo de receptores sintéticos capaces de reconocer selectivamente a un tipo de sustrato. Para ello se consideran factores electrónicos y estéricos relacionados con la complementariedad entre la dimensiones moleculares del analito y el receptor, así como también del tipo de interacciones involucradas sean ellas ion-dipolo, electrostáticas ó hidrofóbicas. El diseño de esta clase de sensores, basados en el reconocimiento molecular selectivo, requiere que la interacción molecular entre el analito en solución y el anfitrión o receptor inmovilizado en una superficie conduzca a un cambio medible en las propiedades físicas (respuesta), como por ejemplo en el índice de refracción, emisión Raman o señal electroquímica.

En comparación con la química extensamente desarrollada que involucra monocapas autoagregadas (SAM) de moléculas orgánicas alifáticas no conjugadas en superficie, existen relativamente pocos estudios acerca de bloques de construcción homólogos constituidos por compuestos conjugados aromáticos bidimensionales de tamaño considerable adsorbidos sobre superficies metálicas.

En este sentido, los materiales orgánicos conjugados han generado gran interés debido a sus potenciales aplicaciones como biosensores fluorescentes y componentes de algunos dispositivos electrónicos orgánicos como el láser. Las propiedades electrónicas y ópticas que poseen estos sistemas están íntimamente relacionadas con su estructura molecular, por tanto requieren la exploración de nuevas arquitecturas que involucren el diseño dirigido de sistemas conjugados extensos necesarios para estas aplicaciones avanzadas.

La exploración de nuevas arquitecturas supramoleculares ha producido una variedad de materiales conjugados bidimensionales en forma de X o cruz denominados cruciformes. Un análisis de la estructura electrónica de estos sistemas revela que la sustitución dador‑aceptor tiene como consecuencia un compuesto que posee orbitales moleculares frontera (Frontiers Molecular Orbitals, FOM) espacialmente divididos entre sí, en estos casos, el HOMO y LUMO se ubican de forma ortogonal en los brazos de la forma X. Esta separación inducida de los FOM tiene importantes consecuencias en la fotofísica de estos sistemas permitiendo su uso potencial como bloques de construcción de agregados supramoleculares adsorbidos en superficies, componentes de electrónica molecular, y también como núcleos de respuesta en sensores.

Este conjunto de antecedentes permiten proponer un estudio sistemático que involucre la estructura, orientación y organización molecular sobre superficies metálicas continuas y nanopartículas de una nueva familia de moléculas cruciformes derivadas del benzoxazol, carbazol, tiofeno y de sus híbridos combinados, la comprensión de estos factores son un requerimiento previo al desarrollo de aplicaciones en el área de la electrónica molecular o el desarrollo de sensores específicos. El objetivo central es esclarecer el origen molecular del proceso de autoagregación con el fin de controlar la organización supramolecular de moléculas orgánicas y macromoléculas. De esta forma, el desarrollo de nuevas metodologías permitirá la fabricación de agregados moleculares en superficie con estructura definida.

El trabajo tiene naturaleza multidisciplinaria, por tanto se empleará una variedad de técnicas de caracterización entre las cuales se incluye; la resonancia magnética nuclear (RMN), espectroscopia ultravioleta-visible (UV-VIS), Fluorescencia, Infrarrojo (IR) y técnicas electroquímicas como la voltametría cíclica. Por último, para la caracterización espectroscópica en superficies se utilizará técnicas avanzadas como la espectroscopia infrarroja de reflexión-absorción (RAIRS), espectroscopia infrarroja amplificada por efecto de Superficies (SEIRA) mediante configuraciones ópticas en transmisión, ATR y reflexión especular, microscopía de fuerza atómica (AFM) y microscopía electrónica de barrido (SEM).

Proyectos recientes

• “Supramolecular structure and organization of cruciform pi-systems on metal surfaces. A Reflection-Absorption IR and Surface Enhanced IR Spectroscopy study of future prospects in molecular sensor devices”. FONDECYT Nº 1140810 (2014). Investigador Responsable.

• “Aplicaciones de la espectroscopía de campo cercano y Raman amplificada por efecto de superficies al estudio de biosensores Anfitrión-Huésped” FONDEQUIP EQM130170. Coordinador Responsable.

• Vibrational Spectroscopy Study on The Role of Minerals in Prebiotic Synthesis.Proyecto Regular FONDECYT Nº 1085124 (2008-2011) Fisicoquímica. Investigador Responsable.

• Synthesis of Ferroelectric Nanostructures by Solvo-Hydrothermal Technique. Proyecto regular FONDECYT Nº1080401 (2008-2011) Química/ Ciencias Exactas y Naturales  Co-investigador.