Untitled - Materials Science Institute of Madrid - Consejo Superior de ...

11. Moléculas orgánicas y biológicas
sobre superficies
El estudio de la interacción de distintas moléculas orgánicas
y biomoléculas con las superficies de materiales
es un tema de gran importancia en nanociencia y nanotecnología,
por ejemplo en el diseño y fabricación de
sensores y biosensores. Nosotros pretendemos modelizar
y comprender estos procesos mediante el estudio
de la adsorción controlada de moléculas sobre superficies.
Así buscamos una descripción estructural que nos
permita determinar la geometría y el sitio de adsorción
de la molécula, y relacionar este con la modificación de
las propiedades electrónicas del material. Hasta ahora
estudiábamos la adsorción molecular dentro de equipos
de vacío, recientemente hemos comenzado a estudiar
la adsorción de moléculas dentro de una solución.
En concreto hemos estudiado tanto la adsorción de
capas de azufre como de alkanotioles sobre oro desde
un ambiente líquido. Por otra parte estudiamos la
inmobilización de cadenas de DNA, con secuencia
conocida, sobre Au, que presenten capacidad para
reconocer DNA complementario. Las técnicas empleadas
para su caracterización son de dos tipos, por una
parte electroquímica mediante el voltamograma y por
otra parte técnicas de análisis de superficies, como
espectroscopía de fotoemisión (XPS) y microscopía
túnel (STM), así como difracción de rayos X rasante o
absorción de rayos X realizada in-situ, dentro de una
celda electroquímica en el sincrotrón ESRF.
11. Organic and bio molecules on surfaces
The study of the interaction of different organic molecules
and bio-molecules with surfaces is of a great
importance in nanoscience and for the designing of
sensors and biosensors. Our objective is to model the
molecular adsorption, desorption and reaction processes
on well defined surfaces. Our studies are forwarded
to find out the molecular structure and the electronic
changes induced in the material for the presence of a
molecular adsorbed layer. We have studied until now
the adsorption process in vacuum environment.
Recently, we have started to study the adsorption process
from a solution. In particular we have studied S
and alkenothiol layers on gold surfaces from a liquid
environment. Furthermore, we have immobilized and
characterized DNA on gold surfaces in such a way that
they maintain its capability for recognizing complementary
DNA. We have used for its characterization
both electrochemical and surface science related techniques,
as cyclic voltammetry, X-Ray photoelectron
spectroscopy (XPS), scanning tunneling microscopy
(STM) and surface X-Ray diffraction and absorption performed
in-situ, (liquid environment) at the synchrotron
facility ESRF
1. C. Vericat, M. E. Vela, J. Gago and R. C. Salvarezza. Electrochimica Acta 49, 3643-3649 (2004)
2. E. Casero, J.A. Martín- Gago, F. Pariente and E. Lorenzo. European BioPhysics Journal. 33, 726-731 (2004).
3. C. Briones, E. Mateo-Marti, C.Gómez-Navarro, V. Parro, E. Román and J.A. Martín-Gago. Phys. Rev. Lett, 93, 208103-4 (2004)
Proyectos: mat2002-395
12. Nano-composites y bio-nanocomposites
Se han preparado nanocomposites polímero-arcilla por
el procedimiento de “polimerización intercalativa” de
pirrol en silicatos laminares conteniendo Fe(III) en su
estructura cristalina o como catión de cambio.
Mediante impedancia electroquímica, se observó que la
formación de polipirrol conductor viene determinada
por la localización estructural del hierro. Biopolímeros
catiónicos (quitosano) y aniónicos (alginato, pectina,
carragenanos) incorporados a sólidos laminares (HDLs,
montmorillonita, hectorita) y fibrosos (sepiolita) permiten
obtener bio-nanocomposites. Variando la naturaleza
y proporción de biopolímero se puede predeterminar
el tipo de carga eléctrica superficial del material
híbrido formado. Los bionanocomposites
quitosano/silicato tienen propiedades de intercambio
aniónico actuando como fases activas de sensores electroquímicos.
Inversamente, i-carragenano/HDL son bionanocomposites
intercambiadores de cationes, mostrando
actividad en el reconocimiento selectivo de
iones Ca 2+ . La sepiolita genera bio-nanocomposites de
morfología microfibrosa, capaces de estabilizar colorantes
iónicos para su empleo en fase soportada de
interés para desarrollar dispositivos ópticos.
12. Nano-composites and bio-nanocomposites
Polymer-clay nanocomposites were prepared by intercalative
polymerization of pyrrole in layered silicates
containing structural Fe(III) and/or iron deliberately
incorporated as exchangeable cation. Electrochemical
Impedance Spectroscopy shows that the formation of
conductive polypyrrole is determined by the Fe location
in the silicate structure. Cationic (chitosan) and anionic
(alginate, pectine, carragenan) natural biopolymers
were incorporated in layered (montmorillonite, hectorite,
LDHs) and fibrous (sepiolite) inorganic solids resulting
bio-nanocomposites. Surface electrical charge can
be predetermined by varying the nature and ratio of the
incorporated biopolymer. Chitosan/silicates bionanocomposites
show anion-exchanging properties being
used as active phase of electrochemical sensors.
Contrarily the i-carragenane/LDH bionanocomposites
show cation-exchange properties acting as active phase
of electrodes for selective recognition of Ca 2+ ions. Bionanocomposites
based on sepiolite show a microfibrous
texture showing interesting properties in the stabilization
of ionic dyes for potential applications in the
development of optics devices.
1. Ruiz-Hitzky, E.; Aranda, P.; Serratosa, J.M., “Chapter 3. Organic/Polymeric Interactions with Clays” en Handbook of Layered Materials,
Auerbach, S.M.; Carrado, K.A.; Dutta, P.K., Eds., pag. 91-154, Marcel Dekker, Nueva York 2004.
2. Letaief, S.; Aranda, P.; Ruiz-Hitzky, E., Appl. Clay Sci. 28, 183-198 (2005)
3. Darder, M.; Colilla, M.; Ruiz-Hitzky, E., Appl. Clay Sci. 28, 199-208 (2005)
Proyectos: MAT2000-0096-P4-02, BTE2003-05757-C02-02, MAT2003-06003-C02-01, PTR1995-0677-OP, 07N/0070/2002
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