Advanced Plasmonic Nanosensors for the SERS Ultradetection of Non-Conventional Analytes

Abstract

L'espectroscòpia Raman millorada a la superfície (SERS) és una tècnica d'espectroscòpia basada en les observacions de Raman i Krishnan fa gairebé un segle i derivada dels fenòmens que van presentar. En la seva forma més senzilla, pretén utilitzar materials plasmònics com l'or i la plata, i augmentar els senyals Raman o, en altres paraules, les seves empremtes dactilars moleculars, que es formen a causa de la dispersió inelàstica de fotons com a resultat de la interacció de les molècules amb la llum. D'aquesta manera, la tècnica ha guanyat popularitat en diferents camps, des del monitoratge ambiental fins a la detecció de molècules biològiques o ions metàl·lics. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és produir substrats SERS compostos forts i funcionals per a diferents finalitats. Per a això, es va investigar la funcionalitat basada en SERS dels compostos resultant de la integració de marcs d'imidazolat zeolític (ZIF) en partícules plasmòniques i la seva naturalesa plasmònica. Els ZIF són un dels marcs orgànics metàl·lics (MOF) ideals per integrar-se fàcilment en compostos produïts per a estudis de tesi, revelant així substrats SERS més sofisticats.En resum, aquesta tesi doctoral contribueix a l'ús de marcs orgànics metall en el camp de la plasmònica i, per tant, a l'avenç de nous dissenys de substrats SERS.

La espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) es una técnica de espectroscopia basada en las observaciones de Raman y Krishnan hace casi un siglo y derivadas de los fenómenos que presentaban. En su forma más simple, tiene como objetivo utilizar materiales plasmónicos como el oro y la plata y aumentar las señales Raman o, en otras palabras, sus huellas dactilares moleculares, que se forman debido a la dispersión inelástica de fotones como resultado de la interacción de las moléculas con la luz. De esta forma, la técnica ha ganado popularidad en diferentes campos, desde la monitorización ambiental hasta la detección de moléculas biológicas o iones metálicos. El objetivo de esta tesis doctoral es producir sustratos SERS compuestos fuertes y funcionales para diferentes propósitos. Para ello, se investigó la funcionalidad basada en SERS de los compuestos resultantes de la integración de marcos de imidazolato zeolítico (ZIF) en partículas plasmónicas y sus naturalezas plasmónicas. Los ZIF son uno de los marcos organometálicos (MOF) ideales para integrarse fácilmente en compuestos producidos para estudios de tesis, revelando así sustratos SERS más sofisticados. En resumen, esta tesis doctoral contribuye al uso de estructuras organometálicas en el campo de la plasmónica y, por tanto, al avance de nuevos diseños de sustratos SERS.

Surface-enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is a spectroscopy technique based on the observations of Raman and Krishnan nearly a century ago and derived from the phenomena they presented. In its simplest form, it aims to use plasmonic materials such as gold and silver, and increase the Raman signals or in other words, their molecular fingerprints, which are formed because of photons scattering inelastically as a result of the interaction of molecules with light. In this way, the technique has gained popularity in different fields from environmental monitoring to sensing biological molecules or metal ions. The aim of this PhD thesis is to produce strong and functional composite SERS substrates for different purposes. For this, the SERS-based functionality of composites resulting from the integration of zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) into plasmonic particles and their plasmonic natures were investigated. ZIFs are one of the ideal metal-organic frameworks (MOFs) to be easily integrated into composites produced for thesis studies, thereby revealing more sophisticated SERS substrates. In summary, this doctoral thesis contributes to the use of metal-organic frameworks in the field of plasmonics and thus to the advancement of novel SERS substrate designs.