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Nanopartículas y Resonancia Plasmónica: De Broglie a Biomedicina, Ejercicios de Nanotecnología

Este documento aborda el tema de nanopartículas metálicas y su fenomeno asociado, la resonancia plasmónica superficial localizada (lspr). Se explica el papel de luis de broglie en el contexto de este fenómeno, así como la naturaleza de polaritones de plasmones de superficie y cómo se puede preparar oro en forma coloidal. Además, se exploran aplicaciones prácticas de lspr en sensores biosensores y la purificación de agua, así como la posibilidad de utilizar lspr en el tratamiento de cáncer. Se incluyen ecuaciones relevantes y se comparan lspr con qdots.

Tipo: Ejercicios

2022/2023

A la venta desde 13/03/2024

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Nanopartículas, plasmones de resonancia superficial localizada, catalizadores,
sensores y nanobiomiméticos.
1-¿Qué estableció Luis Víctor de Broglie? ¿Cuál es su relación con el efecto de resonancia
plasmónica superficial localizada (LSPR)?
Luis Victor de Broglie fue un físico
francés, ganador del Premio Nobel,
conocido por establecer la hipótesis de
que los electrones tienen un
comportamiento dual, es decir que, los
electrones se comportan como una onda
y como una partícula al mismo tiempo.
El LSPR es un fenómeno que se da
cuando una nanopartícula metálica es
incidida por un haz de luz, se produce una
oscilación colectiva de los electrones en
la banda de valencia, y como consecuencia de esta oscilación coherente de los electrones
confinados en las superficie de las nanopartículas metálicas.
Las hipótesis de Broglie permite describir el comportamiento ondulatorio de los electrones
que participan en el fenómeno LSPR.
2.- ¿A que se denomina polaritón del plasmón de superficie? ¿Cuál es su relación con la
resonancia del plasmón de superficie?
El polaritón es una cuasipartícula
híbrida que se produce tras la
excitación electromagnética
causada por la oscilación de los
electrones confinados en la
superficie de la capa de valencia
de una nanopartícula metálica
incidida por un haz de luz (efecto
LSPR). La misma surge por el
acoplamiento entre la luz incidida
y los electrones libres de la
nanopartícula.
El fenómeno de resonancia del
plasmón de superficie tiene la capacidad de absorber determinadas frecuencias de luz y
transmitir aquellas que no absorve.
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Nanopartículas, plasmones de resonancia superficial localizada, catalizadores, sensores y nanobiomiméticos. 1-¿Qué estableció Luis Víctor de Broglie? ¿Cuál es su relación con el efecto de resonancia plasmónica superficial localizada (LSPR)? Luis Victor de Broglie fue un físico francés, ganador del Premio Nobel, conocido por establecer la hipótesis de que los electrones tienen un comportamiento dual, es decir que, los electrones se comportan como una onda y como una partícula al mismo tiempo. El LSPR es un fenómeno que se da cuando una nanopartícula metálica es incidida por un haz de luz, se produce una oscilación colectiva de los electrones en la banda de valencia, y como consecuencia de esta oscilación coherente de los electrones confinados en las superficie de las nanopartículas metálicas. Las hipótesis de Broglie permite describir el comportamiento ondulatorio de los electrones que participan en el fenómeno LSPR. 2.- ¿A que se denomina polaritón del plasmón de superficie? ¿Cuál es su relación con la resonancia del plasmón de superficie? El polaritón es una cuasipartícula híbrida que se produce tras la excitación electromagnética causada por la oscilación de los electrones confinados en la superficie de la capa de valencia de una nanopartícula metálica incidida por un haz de luz (efecto LSPR). La misma surge por el acoplamiento entre la luz incidida y los electrones libres de la nanopartícula. El fenómeno de resonancia del plasmón de superficie tiene la capacidad de absorber determinadas frecuencias de luz y transmitir aquellas que no absorve.

3.-¿Cómo puede preparar nanopartículas de oro coloidal? Escriba las ecuaciones pertinentes.

  1. ¿De qué depende el color de las soluciones de los plasmones de resonancia superficial localizada? El color de la solución dependera del tamaño de la nanopartícula utilizada, así como de la forma que estas tengan.
  2. Explique cómo funciona un biosensor de resonancia de plasmón superficial e indique su utilidad para estudiar fenómenos bioquímicos. Un biosensor de resonancia de plasmones es un dispositivo que se utiliza para medir interacciones biomoleculares en tiempo real y sin etiquetas. La resonancia de plasmón superficial es un fenómeno óptico que ocurre cuando la luz incide sobre una superficie metálica y esta genera oscilaciones colectivas de los electrones en la interfaz entre el metal y el medio eléctrico. Entonces, los biosensores los biosensores se basan en la idea de que la luz puede hacer vibrar los electrones de una superficie metálica, produciendo ondas llamadas plasmones. Los plasmones son sensibles a los cambios en el indice de refracción (que es la medida en que se desvía la luz cuando pasa de un medio a otro). All poner una película metálica (preferentemente de oro) sobre un cristal y le incidimos un haz de luz, podremos observar un ángulo específico en que la luz se refleja con menor intensidad, ese es el ángulo que corresponde a la resonancia del plasmón superficial, que variará de acuerdo a lo que haya sobre la película de metal. Los biosensores tienen aplicaciones en campos como la medicina, la biotecnología, la farmacología, la seguridad alimentaria, la defensa del medio ambiente, etc.

Los catalizadores son sustancias capaces de aumentar la velocidad de una reaacción química sin cambiar el producto final de la misma. Además se necesitan en pequeñas cantidades y se recogen al final de la reacción sin haber sufrido modificaciones. Sin embargo, si pueden experimentar desgaste con el tiempo, sobre todo al trabajar con altas temperaturas. Las principales características de los catalizadores son. ● Aparecen químicamente inalteradas al final de la reacción. ● Se utilizan en pequeñas cantidades. ● No inician la reacción, solo aceleran el proceso. 10.-Clasifique las catálisis y de algunos ejemplos de cada una. 11.-¿Cuál es/son las ventajas fundamentales de los nanocatalizadores? Los nanocatalizadores son sustancias con propiedades catalíticas que tienen al menos una dimensión en la nanoescala ya sea interna o externa. ● Pueden diseñarse con materiales de bajo costo y alta disponibilidad ● Pueden reducir el impacto ambiental de la quema de combustibles fósiles, el nitrógeno, el azufre, etc. ● Pueden aumentar la eficiencia y selectividad de las reacciones químicas. 12.-¿Qué debe tener en consideración para seleccionar un catalizador? Su eficiencia (aumento de velocidad, consumo de energía y desechos). Su posibilidad de regeneración. Disponibilidad final del mismo. 13.-De ejemplos de catalizadores para fijar y para generar nitrógeno. La fijación del nitrógeno es el proceso mediante el cual se convierte el nitrógeno de la atmósfera en amoníaco. Los compuestos nitrogenados son fundamentales para la vida de

Ácida

Ejemplo:

hidrólisis

de un

éster.

Catalizad

ores:

H2SO4,

HCl,

H3PO

Básica

Ejemplo:

condensaci

ón aldólica,

unión de

dos

moléculas

de

aldehído o

cetona.

Catalizador

es: KOH,

NaOH

Enzimática.

Ejemplo:

síntesis de

ADN.

Catalizador

es: lipasas,

cándidas,

penicillium.

Ácida

Ejemplo:

isomeració

n de n-

pentano.

Catalizado

res: TiO2,

SO4,

ZrO2.

Básica

Ejemplo:

Transester

ificación

de

triglicérido

s.

Catalizado

res: MgO,

CaO,

NaOH,

Al2O3.

Homogé

nea

Heterogé

nea

Enzimá

tica

Catalizad

ores

todos los seres vivos. En la industria se suele utilizar el proceso de Haber-Bosch para generar estos compuestos, pero este requiere mucho consumo de energía y genera mucha contaminación. Por eso el proceso de fijación del nitrógeno con un catalizador de un solo átomo colocado sobre una superficie lisa o de material poroso permite maximizar la exposición y la actividad del átomo metálico, reduciendo el consumo y el costo del material. 14.-De ejemplos de catalizadores para obtener hidrógeno a partir del agua. Catalizadores de niquel y nitrógeno cubiertos con una pequeña cantidad de hierro y cultivados en espuma de niquel pueden separar el agua en hidrógeno y oxígeno a un alto voltaje. 15.-De ejemplos de catalizadores para obtener hidrocarburos a partir de dióxido de carbono atmosférico. Se utilizan nanopartículas de rodio, que mediante radiación ultravioleta transforma el dióxido de carbono en metano. Estas nanopartículas actúan como una antena absorbiendo la luz visible o la luz ultravioleta de manera eficiente, por eso se colocan junto a las mezclas de dióxido de carbono e hidrógeno y se las ilumina con una lámpara ultravioleta. 16.-¿Cómo haría un sensor para detectar glifosato? Explique los fundamentos. Los nanosensores catalíticos son dispositivos que puedeen detectar la presencia y cantidad de glifosato utilizando una reacción química que produce un cambio de color o una corriente eléctrica. Por ejemplo, existen sensores ópticos basados en el principio de resonancia de plasma de superficie. Los mismos consisten en nanopartícuals e oro que cambian de color ante la presencia de glifosato y es capaz de transformar esa energía en energía eléctrica. 17.-¿Qué son los biomiméticos? De cuatro ejemplos. Los biomiméticos son materiales que imitan o se inspiran en la naturaleza para resolver problemas humanos de manera sostenible. Algunos ejemplos son: ● Los nanotubos de carbono. ● Los aptámeros: moléculas de ADN que se pliegan para unirse a otras. ● Nanocristales de celulosa. ● Nano anticuerpos moleculares poliméricos impresas. ● Nanoviricidas. 18.- Relacione un término de la columna de la derecha con uno de la columna de la izquierda (sin repetir): 4- energía gap 5- nanocatalizador 3- polaritón 6- excitón de Bohr 5- 1 a 10 nm 4-ecuación de Brus 6- masa efectiva 3- plasmón 2- nanobiomimético 1- CdSe 1- @ 2- MIP