Espectroscopía de emisión de estados de interfase en puntos cuánticos de CdSe/ZnS y su variación con el proceso de bioconjugación

Abstract

RESUMEN: En la presente tesis se reportan los resultados de una investigación en lo referente a la fotoluminiscencia y los espectros de dispersión Raman, de puntos cuánticos núcleo/coraza de CdSe/ZnS, tanto no bioconjugados, como bioconjugados. En una primera fase, se realizó la investigación de la fotoluminiscencia de puntos cuánticos con diferentes longitudes de onda de 525nm (2.36eV), 565nm (2.20 eV), 605 nm(2.04 eV) y 640 nm (1.93 eV) correspondientes, respectivamente a los tamaños de 3.2 nm, 4.0nm, 5.1 nm y 6.3 nm. El espectro de fotoluminiscencia de puntos cuánticos no bioconjugados, está caracterizado por la superposición de bandas de fotoluminiscencia, generadas tanto por la emisión de “electrón-hueco” del núcleo del CdSe 565nm (de 2.19-2.22 eV), como por la emisión de los “electrón-hueco”, vía estados de interfase(2.37, 2.73 y 3.02 eV) ubicados enCdSe/ZnS o ZnS/polímero.La localización de los centros de emisión de alta energía en los estados de interfase, se confirmó debido a que la posición de los picos no depende del tamaño de los puntos cuánticos y de las temperaturas en la medición. Se utilizaron los puntos cuánticos CdSe/ZnS comerciales, con un tamaño de 3.6-4.0 nm cubiertos con polímero, con un color de emisión en 560-565 nm (2.19-2.22 eV), fueron usados para el estudio de bioconjugación. Así mismo, la bioconjugación de los puntos cuánticos se realizo con el antibody mouse anti Prostate-Specific Antigen(mab-PSA). Se observó un cambio drástico en el espectro de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos bioconjugados, con un decremento esencial del flujo de recombinación de electrón-hueco, vía estados de interfase. Este efecto puede explicarse tomando como base la recarga de estados de interfase de puntos cuánticos en la bioconjugación. El análisis del espectro de dispersión Raman de los puntos cuánticos CdSe/ZnS cubiertos con polímero, tanto no bioconjugados como bioconjugados, conel mab-PSA, se realizó a temperatura ambiente (300K). En el espectro se observan dos tipos de picos: el primer tipo se relaciona con el sustrato Si, a 230-460,522,610,670, 940-1040 cm-1y el segundo tipo, se relaciona con el polímero de la superficie delos puntos cuánticos en el intervalo espectral 1268-2210 cm-1.Se observó que la bioconjugación de puntos cuánticos en el mab-PSA, está acompañada de una variación dramática en la intensidad de la líneas Raman antes mencionadas. La explicación del efecto antes señalado, fue propuesta en función de la dispersión Raman aumentada en la superficie (SERS), el cual, de manera simultánea, confirma que la biomolécula estudiada, tiene momento dipolar y puede participar en una interacción electrostática en el proceso de bioconjugación. Como resultado de estos experimentos, se concluye que los puntos cuánticos CdSe/ZnS con estados de interfase, tienen propiedades que los hacen muy prometedores para el estudio de efectos de bioconjugación con anticuerpos. ABSTRACT: In this thesis, the photoluminescence (PL) and Raman scattering spectraof nonconjugated and bioconjugated core-shell CdSe/ZnS quantum dots (QDs) has been studied. At the first PL of QDs of different emission wavelengths 525nm (2.36eV), 565nm (2.20 eV), 605 nm(2.04 eV) and 640 nm (1.93 eV) corresponding to the QD sizes 3.2 nm, 4.0nm, 5.1 nm, 6.3 nm, respectively, has been investigated. PL spectra of nonconjugated QDs are characterized by a superposition of PL ands related to exciton emission in the CdSe core and to electron-hole emission via interface states (2.37, 2.73 and 3.02 eV) at the CdSe/ZnS or ZnS-polymer interfaces. The localization of high energy emission centres at the interface was confirmed by the independence of peak positions versus QD sizes and temperatures of measurement. The commercial CdSe/ZnS QDs with the size between 3.6-4.0 nm covered by polymer with colour emission at 560-565 nm (2.19-2.22 eV) have been used for the bioconjugation study. The QD bioconjugation is performed with the mouse anti Prostate-Specific Antigen antibody (mab-PSA). The PL spectra of bioconjugated QDs have changed dramatically, with essential decreasing of the electron-hole recombination flow via interface states.This effect is explained on the base of re-charging of QD interface states at the ioconjugation. The analysis of Raman scattering spectra of 565nm CdSe/ZnS QDs covered by polymer with and without bio-conjugation to the mouse anti PSA (Prostate-Specific Antigen) antibodies, measured at room temperature (300K), demonstrates two groups of peaks related to: 1)the Si substrate at 230-460, 522, 610, 670, 940-1040 cm-1and 2) related to polymer on the QD surface in the spectral range 1268-3310 cm-1. It is revealed that the QD bio-conjugation to the mab-PSAis accompanied by a dramatic variation in the intensity of the Raman lines of both types. The explanation of mentioned effect in bio-conjugated QDs has been proposed on the base of surface enhanced Raman scattering (SERS) effect that, at the same time, has confirmed that studied biomolecules have a dipole moment and can participate in electrostatic interaction with QD in the bioconjugation process.It is shown that CdSe/ZnS QDs with interface states are very promising for the study of bioconjugation effects to antibodies.