Simulación, síntesis y caracterización de nanopartículas para aplicaciones biomédicas

Abstract

La hipótesis de este trabajo de tesis fue que los resultados obtenidos a través de las simulaciones, síntesis y caracterizaciones de nanopartículas mostrarán el potencial para áreas biomédicas, especialmente en el desarrollo de aplicaciones SERS. Y así mismo las simulaciones de las propiedades ópticas de estas nanoestructuras estarán en correlación con resultados experimentales. Por su parte los objetivos específicos planteados fueron: • Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro (AuNPs) de forma esférica y barra. • Construcción y análisis de dinámica molecular para NPs en formas de barra. • Simulaciones numéricas de estructuras 3D de NPs mediante el método de elemento finito a través del software COMSOL Multiphysics con enfoque en el análisis electromagnético y realizar comparaciones con otros métodos de simulación electromagnética. • Realizar comparaciones cualitativas y cuantitativas de los parámetros ópticos obtenidos experimentalmente versus simulación. • Aplicación de NPs para futuras aplicaciones SERS para el campo biomédico En los procesos de síntesis de nanoestructuras es necesario un control en los reactivos a utilizarse; en el proceso consecuente los retos radican, primero, en el tipo de forma que se quiere llegar a sintetizar y segundo, en el tipo de aplicaciones que se quieran llevar a cabo. Muchas de estas aplicaciones están intrínsecamente relacionadas con la interacción de las nanoestructuras con el campo electromagnético y cómo éstas reaccionarán y expresarán sus propiedades ópticas. Este trabajo se enfocó en la realización de 2 métodos de síntesis para nanopartículas esféricas y en forma de barra. Por su parte los procesos de simulación son vitales y auxiliares para el desarrollo de una investigación experimental de calidad, evitando costos en tiempo y recursos. Los distintos métodos de simulación son herramientas que ayudan a cerrar la brecha que pueda existir entre teoría vs experimento. Las simulaciones se enfocaron en la realización de 2 tipos: simulación atomística y simulación electromagnética. En la simulación atomística el enfoque fue sobre la realización de procesos de dinámica molecular, mientras que para la simulación electromagnética los esfuerzos se enfocaron en la realización de simulaciones mediante el método de elemento finito. El contenido de este trabajo de tesis se divide de la siguiente manera: En el capítulo 1 se presentan los principales conceptos teóricos que permitirán una mejor comprensión del trabajo; enfocándonos en conceptos básicos sobre nanotecnología, teoría electromagnética y las técnicas de caracterización utilizadas dentro del proyecto. En el capítulo 2 se presenta la metodología utilizada para cumplir con los objetivos planteados, comenzando con la síntesis de nanopartículas, caracterización y una descripción general de las simulaciones realizadas. En el capítulo 3 se muestran y se discuten los resultados obtenidos durante el proceso de desarrollo del proyecto. Mientras que en el capítulo 4 se presentan las conclusiones más relevantes y se discuten críticamente los posibles alcances del proyecto. Por último, se muestran las referencias bibliográficas utilizadas en este trabajo de tesis y en el último apartado se encuentran los anexos correspondientes a los códigos de simulación electromagnética bajo el software de Comsol Multiphysics y los resultados y códigos de simulación de dinámica molecular bajo ASE (del inglés Atomic Simulation Environment).