Characterization of Aluminum Thin Films with Gold Nanoparticles

CARACTETIZACIÓN SUPERFICIAL DE PELICULA

DE AL FUNCIONALIZADA CON NPS DE AU

Ivanna Valezka Ruelas Miranda | A01625668 Emiliano Palma Castillo | A01737440 Carla Montero Aceves | A01735606

Ian Manuel Mares Serrano | A01384891 Arely Daniela Pérez Haro A01638009 Luis Andoni Bretón López | A01352136

Causa: Disminución o

cesamiento absoluto del flujo de sangre a

una porción del miocardio

PROBLEMÁTICA DE INFARTOS AL MIOCARDIO EN EL MUNDO Y EN MÉXICO:

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Nevada Oklahoma Luisiana Ohio Michigan Arkansas Kentucky

PROBLEMÁTICA DE INFARTOS AL MIOCARDIO EN EU:

Fuente: National Center for Health Statistics, National Vital Statistics System, Mortality, Estados Unidos (2019)

Sexo biológico: 16.8% de hombres 11.8% de mujeres

Raza: 14.8% Americanos blancos 14.9% negros/Afroamericanos 11.2% hispánicos 8.2% asiáticos e isleños del pacífico

Adultos con años de educación formal: 11.7% con estudios post-bachillerato 21.2% con educación básica o menor

Fuente: National Center for Health Statistics, National Vital Statistics System, mortality data file. (2022)

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PROBLEMÁTICA DE INFARTOS AL MIOCARDIO EN MÉXICO:

Aprox. 220 mil personas fallecieron por enfermedades cardiovasculares (2021)

80 % (177 mil) por infarto al miocardio Principal causa de decesos en personas mayores a 55 años.

Secretaria de Salud Mx (2022)

INEGI: 1 muerte cada 4.3 min por cardiopatía isquémica:

Arterosclerosis de las arterias coronarias, encargadas de proporcionar sangre al miocardio.

1er motivo de consulta subsecuente en medicina familiar.

Fuente: INEGI. Estadísticas de Defunciones Registradas, enero-junio 2022P

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CÓMO PODEMOS PREVENIR ESTA PROBLEMÁTICA

Uno de los métodos

más comunes de

prevención es una

prueba de Troponina

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La troponina, presente en las células del músculo cardíaco, se libera en la sangre cuando estas células se lesionan, especialmente si el corazón no recibe suficiente oxígeno y nutrientes.

PRUEBA DE TROPONINA

Es un análisis destinado a cuantificar la presencia de una proteína denominada troponina en el torrente sanguíneo.

¿En qué consiste? Un diagrama que ilustra varios componentes de la estructura del sarcómero cardíaco, incluyendo actina, miosina, cadena pesada de β-miosina, cadena ligera de miosina, proteína C de unión a la miosina, disco Z, línea M, tropomiosina, troponina I, troponina C, troponina T. Mohamed Elshennawy, M.D.

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RANGOS La troponina I se cuantifica en nanogramos por mililitro de sangre (ng/ml).

El Departamento de Medicina de Laboratorio de la Universidad de Washington establece los siguientes rangos para los niveles de troponina I:

Rango normal: 0 - 0.04 ng/ml Posible ataque cardíaco: inferior a 0.40 ng/ml

TROPONINA CARDÍACA DE ALTA SENSIBILIDAD

Es una prueba más avanzada que tiene la capacidad de identificar cantidades más pequeñas de troponina, lo cual puede facilitar un diagnóstico más temprano de lesiones cardíacas y síndrome coronario agudo.

Los valores normales se encuentran debajo de 0.014ng/ml

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Inmunoanálsis cualitativo rápido para deteccción de Troponina I cardiaca en muestras de sangre completa, suero o plasma

SENSORES EN EL MERCADO

Detección a partir de 1 ng/ml de las enzimas Creatina cinasa, mioglobina y Troponina I por muestra capilar. Resultado posistivo se asocia a agudo infarto al miocardio

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RANGO DE CONCENTRACIÓN DESEABLE PARA UN SENSOR

0.01 - 5.0 NG/ML

Datos basados en el sensor Bodytech

CV: 5.8%

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Detección a partir de 0.01 ng/ml de la enzima Troponina I descartando otras enzimas por su cercanamente nula interferencia por muestras de suero o plasma.

SENSORES EN EL MERCADO A BASE DE SPR

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SURFACE PLASMON RESONANCE (Resonancia de Plasmón Superficial)

Es una técnica basada en la excitación de electrones en una superficie metálica, permitiendo la detección de cambios en el índice de refracción.

A partir del fenómeno óptico donde una luz polarizada incide y excita una onda de densidad de carga superficial.

¿QUÉ ES SPR?

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Las superficies para resonancia plasmónica se suelen hacer de óxido de molibdeno las cuales debido a las limitaciones de los equipos del TEC y la baja disponibilidad del material, se optó por probar el uso de Aluminio como alternativa debido a su alta disponibilidad y ser un material muy simple para hacer películas delgadas. Y posteriormente recubrirlas con NPs de oro hechas con química verde.

MOTIVACIÓN:

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Es importante caracterizar las películas plasmónicas para verificar la distribución y superficie de las películas.

De la misma manera brinda información sobre la composición y tamaño de particulas que hay en el recubrimiento.

CARACTERIZACIÓN DE PELÍCULAS

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Este método sirve para medir el tamaño de los clusters, su distribución, rugosidad superficial y rugosidad RMS.

AFM El AFM sirve mediante una punta muy afilada realiza un sondeo sobre una superficie capturando la fuerza y movimiento que realiza la punta para plasmar una imagen tridimensional de la superficie

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Entre las cosas que se pueden encontrar de interes en las peliculas son: imagenes claras de la morfología de la superficie, disrtibución y tamaño de las particulas

SEM El SEM es una microscopía capaz de generar imagenes en base a la interacción de los electrones con superficies conductoras.

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Se mide la absorbancia que tiene una particula en una longitud de onda dentro del espectro ultravioleta y visible.

Proporciona información acerca del grosor de una pelicula en base a la longitud de onda, el tamaño de las particulas de la pelicula, sin embargo es importante saber previamente el angulo de refracción de la pelicula.

UV-VIS

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Sirve para determinar la distribución de tamaño de partículas en una solución, midiendo las fluctuaciones en la luz dispersada.

DLS

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Ahora es momento de analizar los valores y resultados que obtuvimos de las películas de aluminio y el recubrimiento de nanopartículas de oro que se les aplicó.

RESULTADOS EXPERIMENTALES

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PELÍCULA DELGADA DE ALUMINIO

PÉLICULA DELGADA DE ALUMINIO: SPUTTERING

Condiciones: Presión: 6E-3 Torr

W (potencia): 80 Watts

Temperatura: ambiente

Tiempo: 5 minutos

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Expulsando el material de un "objetivo" sobre un "sustrato". Ej: una oblea de silicio.

PÉLICULA DELGADA DE ALUMINIO: UV-VIS

Espectro Uv-Vis de sustrato vacío (Background) y sustrato con película

delgada de aluminio

Baja absorbancia por debajo de 400 nm debido a la transparencia.

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PÉLICULA DELGADA DE ALUMINIO: AFM

Los resultados acerca de la rugosidad de la superficie fueron los siguientes:

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PELÍCULA DELGADA DE ALUMINIO: SEM

Recubrimiento liso y sin aglomeraciones Partes sin recubrimiento (manchas negras)

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SÍNTESIS DE NPS DE AU

A las nanopartículas en solución acuosa se les hicieron caracterizaciones de UV-Vis y DLS

SÍNTESIS VERDE DE NPS DE AU

Se sintetizaron las nanopartículas con una solución de almidón al 1%, un precursor metálico de Tetracloroaurato de sodio e hidróxido de Sodio (NaOH) (agitación a 70°C en intervalos de 40 mins aprox)

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Sin embargo el DLS no es viable debido a que no se realizaron las limpiezas para aislar las NPs lo que genera una discrepancia en el análisis

NPS DE AU: UV-VIS Y DLS De los resultados de UV-Vis se obtuvieron los siguiente resultados: En una longitud de onda de 515.10 nm Este valor según la empresa CytoDiagnostics menciona que de 515 a 530 nm representa partículas de 5 a 40 nm de diametro

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RECUBRIMIENTO DE NPS DE AU

1200 microlitros de solución de NPs Parrilla estaba a 75° C

DROP CASTING Las nanopartículas se depositaron sobre el sustrato mediante drop casting, el cual consiste en recubrir la superficie del sustrato gota por gota hasta formar varias capas.

Para este método se utilizaron las siguientes cantidades y condiciones:

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CARACTERIZACIÓN DE RECUBRIMIENTO UV-Vis Se realizaron 2 caracterizaciones de UV-Vis para la película, al tener distintas distribuciones por el método de drop casting, hay partes del sustrato que tiene mayor cantidad de recubrimiento y otras con menor concentración del recubrimiento de NPs.

Igualmente las NPs al no encontrarse en suspendidas en la fase continua debido a la evaporación empezaron a aglomerarse por lo que su tamaño de partícula incrementa y por consecuencia se parecía un shift en la longitud de onda en la que absorben.

543 nm

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RECUBRIMIENTO: AFM

Los resultados acerca de la rugosidad de la superficie fueron los siguientes:

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RECUBRIMIENTO: SEM

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Observando la superficie se puede apreciar las aglomeraciones (regiones oscuras), así como el almidón (regiones blancas)

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5

6

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Dentro de lo que se pudo medir, se tienen varios ejemplos de las dimensiones de los “clusters”

Medidas recuperadas por ImageJ*

CONCLUSIONES

Desarrollamos por métodos físicos películas delgadas de Aluminio como alternativa a los metales nobles (Ag y Au), usando el sputtering como técnica de recubrimiento para garantizar homogeneidad.

A estas películas les depositamos NPs de Au, por medio de drop-casting, y fueron sintetizadas usando método verde.

Posteriormente caracterizamos estas películas mediante, UV-Vis, AFM y SEM.

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REFERENCIAS () Prueba rápida Troponina Cardiac combo – Amunet Laboratorio. Amunet Laboratorio – Pruebas rápidas VIH, Helicobacter Pylori, Influenza, Troponina I, Covid19, s. f. https://www.amunet.com.mx/tienda/prueba-rapida-troponina-cardiac-combo/?attribute_pa_cantidad=2- pruebas&srsltid=AfmBOop_DLfMXDag5jqBKPTXXP9ipLK8Aycmlrc4_d7jeGpyUcdIWsCYVUA (accedido el 22/05/2024).

() Prueba Rápida para Detección de Troponina Cardíaca en Sangre. Neotecnia, s. f. https://neotecnia.mx/products/prueba-rapida-para-deteccion-de-troponina-cardiaca-en- sangre? variant=43817805480166¤cy=MXN&utm_medium=product_sync&utm_source=google&utm_content=sag_organic&utm_campaign=sag_organic&srsltid=Af mBOoqdQqIra_52VJMqMAfLzI5a4iSLtF9CYqjj0EnOru6T89pkgUPK6vI (accedido el 22/05/2024). () Coronary Heart Disease, Myocardial Infarction, and Stroke — A Public Health Issue | CDC. https://www.cdc.gov/aging/publications/coronary-heart-disease-brief.html. Ojha, N.; Dhamoon, A. S. Myocardial infarction. StatPearls - NCBI Bookshelf. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK537076/. Sawyer A, Flagg LA. State declines in heart disease mortality in the United States, 2000–2019. NCHS Data Brief, no 425. Hyattsville, MD: National Center for Health Statistics. 2021. DOI: https://dx.doi.org/10.15620/cdc:112339. De Salud, S. 490. Cada año, 220 mil personas fallecen debido a enfermedades del corazón. gob.mx. https://www.gob.mx/salud/prensa/490-cada-ano-220-mil-personas-fallecen- debido-a-enfermedades-del-corazon#:~:text=En%20M%C3%A9xico%2C%20cerca%20de%20220,elevado%20y%20diabetes%20no%20controlada. De Salud, S. 490. Cada año, 220 mil personas fallecen debido a enfermedades del corazón. gob.mx. https://www.gob.mx/salud/prensa/490-cada-ano-220-mil-personas-fallecen- debido-a-enfermedades-del-corazon#:~:text=En%20M%C3%A9xico%2C%20cerca%20de%20220,elevado%20y%20diabetes%20no%20controlada. INEGI. COMUNICADO DE PRENSA NÚM. 29/23: ESTADÍSTICA DE DEFUNCIONES REGISTRADAS DE ENERO A JUNIO DE 2022 (PRELIMINAR) https://www.inegi.org.mx/contenidos/saladeprensa/boletines/2023/DR/DR-Ene-jun2022.pdf StudioX. (2023). AFM Characterization of Mechanical Properties. Spmtips.com. https://www.spmtips.com/library-materials-research-mechanical- properties#:~:text=AFM%20helps%20to%20verify%20and,factor%20that%20influences%20optical%20scattering. (N.d.). Desego.com. Retrieved May 24, 2024, from https://desego.com/wp-content/uploads/2021/09/Tropinina-T.pdf#:~:text=Rango%20de%20trabajo%3A%2010,- %2020.000%20pg%20%2F%20mL De Ingeniería, D. A complete guide to understand surface roughness in manufacturing - LEADRP - rapid prototyping and. LEADRP - Rapid Prototyping and Manufacturing Service. https://leadrp.net/es/blog/a-complete-guide-to-understand-surface-roughness-in- manufacturing/#:~:text=La%20rugosidad%20RMS%20es%20la,y%20puntos%20en%20la%20superficie. Electropolishing, H. RA & RMS Surface Roughness Calculation - Surface Finish Formulas | Harrison Electropolishing. Harrison Electropolishing. https://www.harrisonep.com/electropolishing-ra.html#:~:text=Ra%20and%20RMS%20are%20both,measured%20microscopic%20peaks%20and%20valleys. Z. Villines, «Niveles normales de troponina: Qué significan los niveles altos y las causas», 10 de abril de 2022. https://www.medicalnewstoday.com/articles/es/valores-normales-de- troponina «Troponin - Health Encyclopedia - University of Rochester Medical Center». https://www.urmc.rochester.edu/encyclopedia/content.aspx? contenttypeid=167&contentid=troponin#:~:text=For%20example%2C%20the%20normal%20range,Atrial%20fibrillation C. C. M. Professional, «Troponin test», Cleveland Clinic. https://my.clevelandclinic.org/health/diagnostics/22770-troponin-test «HUMAN diagnostics worldwide». https://www.human.de/lab-professionals/trends-topics/rapid-detection-of-cardiac-troponin-to-help-diagnose-myocardial-infarction