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Tesis de Doctorado en Ciencia y Tecnología, Mención Química

Si bien las nanopartículas metálicas han sido ampliamente explotadas por sus atractivas propiedades ópticas, su aplicación en circuitos nanoelectrónicos no ha sido del todo explorada. En este sentido es necesario el desarrollo de sistemas eléctricos bien definidos a partir de nanopartículas metálicas ensambladas. Este trabajo de tesis describe el desarrollo de un dispositivo nanoelectrónico de diseño, que permitió localizar el paso de la corriente eléctrica a través de nanopartículas de plata funcionalizadas dentro de una película mesoporosa de TiO2. A partir de lograr un sistema estable y controlado, se aplicó al desarrollo de una plataforma sensora capaz de reconocer, por medios electrónicos y optoelectrónicos, biomoléculas como hebras sencillas de ADN o la presencia de fluidos volátiles como el etanol. El Capítulo 1 como introducción contiene, partiendo del concepto de nanotecnología, una descripción de los métodos de fabricación y caracterización de los nanomateriales que conforman la plataforma desarrollada (películas mesoporosas, nanopartículas, funcionalización superficial) como así también un enfoque en sus propiedades fisicoquímicas y aplicaciones. En el Capítulo 2 se describen las etapas de fabricación foto-asistida, la exhaustiva caracterización y correlación entre diferentes arreglos bidimensionales de nanopartículas de plata en películas delgadas mesoporosas de TiO2 originados a partir del control de la cristalinidad y la estructura de la matriz mesoporosa. En el Capítulo 3 se caracterizó eléctricamente (resistividad y capacitancia) la plataforma desarrollada luego de diseñar un sistema que permitió garantizar el paso localizado de la corriente únicamente por las nanopartículas presentes dentro de la matriz de titania. Se relacionó la corriente obtenida con las características de los arreglos de nanopartículas evidenciando la importancia intrínseca de la nanoestructura por sobre la cantidad de plata sintetizada. En el Capítulo 4 se describe la funcionalización selectiva con 1-octanotiol de las nanopartículas de plata insertas en la matriz mesoporosa de titania. A partir de este proceso se desarrolló y se estudió la formación de un sistema estable tanto temporalmente como en su respuesta eléctrica. Por último, el Capítulo 5 muestra las aplicaciones que surgen a partir de las diversas propiedades halladas que resultan propias del sistema. Se estudiaron y explotaron las propiedades optoelectrónicas de la plataforma nanoelectrónica para la detección de distintos solventes volátiles como el etanol y por otra parte se logró un sistema promisorio para la detección específica de ADN. El desarrollo de una plataforma nanoelectrónica controlada, miniaturizada, estable y para un fin determinado, implicó el diseño estructural de un nanosistema jerárquico. Este sistema de diseño se retroalimentó con una exhaustiva caracterización en cada etapa de fabricación, involucrando una variedad de técnicas entre las cuales se destacan: Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión, espectroscopia de rayos X de energía dispersiva, Porosimetría Elipsométrica Ambiental, Difracción de Rayos X, Espectroscopía Raman, fotoelectrónica de rayos X, microscopio de fluorescencia y Espectroscopía UV-Visible y mediante mediciones de resistividad y capacitancia. Logrando de esta forma una plataforma sensible ante cambios en su entorno que genera una señal eléctrica apropiada para la detección de biomoléculas o de fluidos.