| Date: |
2023 |
| Abstract: |
Aquesta tesi es basa en el disseny, síntesi i caracterització de nanomaterials intel·ligents formats per radicals derivats de la molècula orgànica tritil per a aplicacions electròniques i biològiques. En el capítol 1, s'introdueix el tema, resumint les propietats més interessants (òptiques, electròniques, magnètiques i quirals) dels radicals policlorotrifenilmetil (PTM) persistents i estables. Després, presentem les dues estratègies de nanoestructuració utilitzades per a nanoestructurar els derivats radicals PTM que es basen en monocapes autoensamblades (SAM) i nanopartícules orgàniques (ONP). En el capítol 2, es descriu la nanoestructuració com a SAM d'una molècula dador-acceptor formada per la unitat donant d'electrons (D) ferrocè (Fc) unida al radical PTM que actua com a acceptor d'electrons (A) que es va funcionalitzar amb un grup disulfur per preparar SAMs en or. Aquestes SAM D-A es van caracteritzar i utilitzar per estudiar la seva aplicació per a la modificació de la funció de treball d' or per a aplicacions en electrònica molecular. A més, es demostra que la SAM D-A podria commutar-se entre dos estats electrònics diferents mitjançant l'aplicació d'un estímul extern com la llum infraroja propera (NIR) a 950 nm, gràcies a un fenomen de transferència de càrrega intramolecular que va permetre la modificació controlada de la funció de treball de l'or. En la segona part del capítol, s' estudien possibles usos potencials del sistema per canviar el potencial de superfície i la seva aplicació per controlar l' adhesió bacteriana, com a exemple d' aplicació biològica. A més, es va mesurar el transport de càrrega a través de les SAM, quan s'irradien amb i sense llum NIR, la qual cosa demostra la seua possible aplicació en l'electrònica de fotoconmutació. En el Capítol 3, es desenvolupa un substrat conductor i transparent per ser utilitzat simultàniament per a electroquímica i espectroscòpia Raman en superfície. La plataforma SERS es caracteritza minuciosament utilitzant una molècula model demostrant que es pot utilitzar per monitorar processos electroactius que tenen lloc a la superfície. En el capítol 4, s' introdueix l' ús de nanopartícules orgàniques fluorescents per a aplicacions biològiques. Aquí es preparen i caracteritzen nanopartícules de radicals orgànics basades en el radical triclorotrifenilmetil (TTM) que mostren fluorescència, en dues longituds d'ona d'emissió diferents i que s'assignen a l'emissió de monòmers i excímers, respectivament. La banda d'excimero, situada en l'anomenada primera finestra biològica (NIR), es va estudiar sota diferents temperatures, mostrant un comportament de nanotermòmetre ràtiomètric amb alta sensibilitat. Finalment, es va utilitzar el nanotermòmetre ràtiomètric per realitzar un assaig in vivo utilitzant Caenorhabditis elegans. En el Capítol 5, les ONP desenvolupades en el capítol anterior s'utilitzen per optimitzar la longitud d'ona d'excitació utilitzada per als experiments de nanotermometria per a aplicacions biològiques, i per a això s'empra l'absoriòpn de dos fotons (TPA) que implica energies més baixes comparades amb l'absorcxió d'un fotó, com s'ha esmentat abans, l'emissió de les ONPs basades en radicals TTM està dins de la "primera finestra biològica", a la regió infraroja, que no causa dany a les cèl·lules o teixits, però l'excitació coincideix a la regió UV (Capítol 4). Per tant, l' ús de TPA permet utilitzar longituds d' ona d' excitació dins de la finestra biològica, millorant la biocompatibilitat i la penetració tissular del nanotermòmetre. Finalment, en el capítol 6, s' exploren les propietats quirals dels radicals PTM. Es descriu la preparació i caracterització d'ONPs quirals basades en les molècules de radicals tris(2,4,6 tribromofenil) amb altes barreres de racemització. Aquí es detalla la separació dels enantiómers, preparació d' ONPs quirals i la caracterització de la seva activitat quiròptica. |
| Abstract: |
La presente tesis se basa en el diseño, síntesis y caracterización de nanomateriales inteligentes formados por radicales derivados de la molécula orgánica tritilo para aplicaciones electrónicas y biológicas. En el capítulo 1, se introduce el tema, resumiendo las propiedades más interesantes (ópticas, electrónicas, magnéticas y quirales) de los radicales policlorotrifenilmetilo (PTM) persistentes y estables. Luego, presentamos las dos estrategias de nanoestructuración utilizadas para nanoestructurar los derivados radicales PTM que se basan en monocapas autoensambladas (SAM) y nanopartículas orgánicas (ONP). En el capítulo 2, se describe la nanoestructuración como SAM de una molécula dador-aceptor formada por la unidad donante de electrones (D) ferroceno (Fc) unida al radical PTM que actúa como aceptor de electrones (A) que se funcionalizó con un grupo disulfuro para preparar SAMs en oro. Estas SAM D-A se caracterizaron y utilizaron para estudiar su aplicación para la modificación de la función de trabajo de oro para aplicaciones en electrónica molecular. Además, se demuestra que la SAM D-A podría conmutarse entre dos estados electrónicos diferentes mediante la aplicación de un estímulo externo como la luz infrarroja cercana (NIR) a 950 nm, gracias a un fenómeno de transferencia de carga intramolecular que permitió la modificación controlada de la función de trabajo del oro. En la segunda parte del capítulo, se estudian posibles usos potenciales del sistema para cambiar el potencial de superficie y su aplicación para controlar la adhesión bacteriana, como ejemplo de aplicación biológica. Además, se midió el transporte de carga a través de las SAM, cuando se irradian con y sin luz NIR, lo que demuestra su posible aplicación en la electrónica de fotoconmutación. En el Capítulo 3, se desarrolla un sustrato conductor y transparente para ser utilizado simultáneamente para electroquímica y espectroscopia Raman en superficie. La plataforma SERS se caracteriza minuciosamente utilizando una molécula modelo demostrando que se puede utilizar para monitorear procesos electroactivos que tienen lugar en la superficie. En el capítulo 4, se introduce el uso de nanopartículas orgánicas fluorescentes para aplicaciones biológicas. Aquí se preparan y caracterizan nanopartículas de radicales orgánicos basadas en el radical triclorotrifenilmetilo (TTM) que muestran fluorescencia, en dos longitudes de onda de emisión diferentes y que se asignan a la emisión de monómeros y excímeros, respectivamente. La banda de excimero, situada en la llamada primera ventana biológica (NIR), se estudió bajo diferentes temperaturas, mostrando un comportamiento de nanotermómetro ratiométrico con alta sensibilidad. Finalmente, se utilizó el nanotermómetro ratiométrico para realizar un ensayo in vivo utilizando Caenorhabditis elegans. En el Capítulo 5, las ONP desarrolladas en el capítulo anterior se utilizan para optimizar la longitud de onda de excitación utilizada para los experimentos de nanotermometría para aplicaciones biológicas, y para ello se emplea la absorciópn de dos fotones (TPA) que implica energías más bajas comparadas con la absorcxión de un fotón, como se ha mencionado antes, la emisión de las ONPs basadas en radicales TTM está dentro de la "primera ventana biológica", en la región infrarroja, que no causa daño a las células o tejidos, pero la excitación coincide en la región UV (Capítulo 4). Por lo tanto, el uso de TPA permite utilizar longitudes de onda de excitación dentro de la ventana biológica, mejorando la biocompatibilidad y la penetración tisular del nanotermómetro. Finalmente, en el capítulo 6, se exploran las propiedades quirales de los radicales PTM. Se describe la preparación y caracterización de ONPs quirales basadas en las moléculas de radicales tris(2,4,6 tribromofenil)metilo (TTBrM) con altas barreras de racemización. Aquí se detalla la separación de los enantiómeros, preparación de ONPs quirales y la caracterización de su actividad quiróptica. |
| Abstract: |
The present thesis is based on the design, synthesis and characterization of smart nanomaterials formed by organic trityl derivative radicals for electronic and biological applications. In Chapter 1, it is introduced the topic, summarizing the most interesting properties (optical, electronic, magnetic and chiral) of the persistent and stable polychlorotriphenylmethyl (PTM) radicals. Then, we introduced the two nanostructuration strategies used to nanostructure the PTM radical derivatives which are based on self assembled monolayers (SAMs) and organic nanoparticles (ONPs). In Chapter 2, it is described the nanostructuration as SAM of a donor-acceptor dyad formed by the electron-donor (D) ferrocene (Fc) unit linked to the electron acceptor (A) PTM radical that was functionalized with a disulphide group to prepare SAMs on gold. These D-A SAMs were characterized and used to study their application for the modification of the gold work function for molecular electronic applications. Moreover, it is demonstrated that the D-A SAM could be switched between two different electronic states by the application of an external stimulus like near infrared light (NIR) at 950 nm, thanks to an intramolecular charge transfer phenomenon which allowed the controlled modification of the work function of gold. In the second part of the chapter, it is studied the potential use of the system to switch the surface potential and its application to control bacteria adhesion, as a biological application. Moreover, different charge transport measurements through the SAMs were measured with and without NIR light, demonstrating its possible application in photoswitching electronics. In Chapter 3, it is developed a conductive and transparent substrate to be used simultaneously for electrochemistry and surface enhanced Raman spectroscopy. The SERS platform is fully characterized using a model molecule and it is demonstrated that it can be used to monitor electroactive processes taking place on the surface. In Chapter 4, it is introduced the use of fluorescent organic nanoparticles for biological applications. Here are prepared and characterized organic radical nanoparticles based on trichlorotriphenylmethyl (TTM) radical which show fluorescence, at two different emission wavelengths that are assigned to monomer and excimer emission, respectively. The excimer band, situated in the interesting first biological window (NIR), was studied under different temperatures, showing a ratiometric nanothermometer behaviour with high sensitivity. Finally, the ratiometric nanothermometer was used to perform an in vivo assay using Caenorhabditis elegans. In Chapter 5, the two photon absorption (TPA) properties of the developed ONPs from the previous chapter are used to optimize the excitation wavelength used for the nanothermometry experiments for biological applications. In fact, the emission of the TTM radical based ONPs is inside the "first biological window", in the infrared region, which does not cause damage to cells or tissues but, the excitation was in the UV region (Chapter 4). Thus, using TPA enables excitation wavelengths to be utilized within the biological window improving the biocompatibility and tissue penetrability of the nanothermometer. Finally, in Chapter 6, are exploited the chiral properties of the PTM radicals. It is described the preparation and characterization of chiral ONPs based on the tris(2,4,6 tribromophenyl)methyl (TTBrM) radicals molecules with high racemization barriers. Here it is detailed the separation of the enantiomers, preparation of chiral ONPs and their chiroptical activity characterization. |
| Note: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Materials |
| Rights: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.  |
| Language: |
Anglès |
| Series: |
Programa de Doctorat en Ciència de Materials |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Subject: |
Radical ;
Nanoparticula ;
Nanoparticle ;
Monocapa ;
Monolayer ;
Ciències Experimentals |
guest ::
dir.
