Interfases nanoestructuradas de nanomateriales inorgánicos, moléculas orgánicas y polímeros

Abstract

La interfase aire-agua es una interfase modelo para la formación y caracterización de monocapas formadas a partir de moléculas orgánicas mediante técnicas de Langmuir. Junto a ayudar a comprender los mecanismos de interacción inter- e intramoleculares de las monocapas, esta técnica permite manipular la organización molecular dentro de la misma, lo que posibilita el ajuste de las propiedades de las monocapas en función de la aplicación deseada. Durante la investigación desarrollada en la presente Tesis, se han preparado y caracterizado en la interfase aire-agua películas bidimensionales de dos tipos distintos de moléculas orgánicas: derivados de orto-oligofenileno etileno (o-OPE) y derivados de elastina. Los enantio meros (S,S,P)-1 y (R,R,M)-1 orto-oligofenileno etileno (o-OPE) son moléculas orgánicas de gran interés en el campo de la optoelectrónica. Por otro lado, los compuestos anfifílicos basados en polipeptidos derivados de la elastina (ELP) ofrecen una plataforma versátil para el diseño de ensamblajes nanoestructurados. Sin embargo, la función específica de los grupos funcionales de las colas hidrofo bicas en la formación, el ensamblaje y el comportamiento de las monocapas generadas por estos anfípodos no se había estudiado hasta este momento. En esta Tesis, comparamos las propiedades interfaciales de dos anfifílicos ELP diseñados a medida, ELP80-g-escualeno (ELP80-g-SQ) y ELP80-g-dodecilo (ELP80-g-C12), que comparten una cadena principal ELP idéntica con diferente cadena hidrofóbica en su residuo X. Por último, en esta Tesis se han sintetizado nanopartículas de oro con morfología bipiramidal (AuBPs), funcionalizadas por diferentes tipos de ligandos. Una vez sintetizadas, se analizó el papel del ligando que la recubre, en concreto el bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB), el sulfonato de poliestireno (PSS) y el citrato, en la estabilidad fototérmica de las AuBPs irradiadas con una láser de onda continua de 808 nm. En resumen, los resultados presentados en esta Memoria de Tesis Doctoral evidencian el potencial de la interfase aire-agua como plataforma versátil para la manipulación y diseño del ensamblaje de nanoestructuras con propiedades ópticas, estructurales y funcionales modulables. De manera complementaria, el estudio de la estabilidad y reactividad de nanopartículas de oro funcionalizadas proporciona información sobre los factores que determinan el comportamiento de sistemas nanométricos bajo excitación externa.

The air-water interface is a model interface for the formation and characterisation of monolayers formed from organic molecules using Langmuir techniques. In addition to helping to understand the inter- and intramolecular interaction mechanisms of monolayers, this technique allows the molecular organisation within them to be manipulated, making it possible to adjust the properties of the monolayers according to the desired application. During the research carried out in this thesis, two-dimensional films of two different types of organic molecules were prepared and characterised at the air-water interface: ortho-oligophenylene ethylene (o-OPE) derivatives and elastin derivatives. The enantiomers (S,S,P)-1 and (R,R,M)-1 ortho-oligophenylene ethylene (o-OPE) are organic molecules of great interest in the field of optoelectronics. On the other hand, amphiphilic compounds based on elastin-derived polypeptides (ELP) provide a versatile platform for designing nanostructured assemblies. However, the specific role of the functional groups of the hydrophobic tails in the formation, assembly and behaviour of the monolayers generated by these amphipods had not been studied until now. In this thesis, we compare the interfacial properties of two custom-designed ELP amphiphiles, ELP80-g-squalene (ELP80-g-SQ) and ELP80-g-dodecyl (ELP80-g-C12), which share an identical ELP backbone but differ in their hydrophobic chains at the X residue. Finally, in this thesis, gold nanoparticles with bipyramidal morphology (AuBPs) functionalised by different types of ligands were synthesised. Once synthesised, the role of the coating ligand, specifically cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), polystyrene sulfonate (PSS) and citrate, in the photothermal stability of AuBPs irradiated with an 808 nm continuous wave laser was analysed. In summary, the results presented in this Doctoral Thesis Report demonstrate the potential of the air-water interface as a versatile platform for the manipulation and design of the assembly of nanostructures with modifiable optical, structural and functional properties. Complementarily, the study of the stability and reactivity of functionalised gold nanoparticles provides information on the factors that determine the behaviour of nanometric systems under external excitation.