Modelos computacionais para o estudo do espectro de emissão de corantes sob a influência de nanopartículas metálicas

Resumo

Na década de 1960, estudos experimentais e modelagens baseadas em eletrodinâmica mostraram que superfícies metálicas planas podem causar uma diminuição do sinal de fluorescência de cromóforos, quando essas moléculas estão próximas à superfície. Recentemente, foi descoberto que superfícies rugosas e nanopartículas podem amplificar as propriedades ópticas, especialmente o espalhamento Raman, o que deu origem à técnica Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Foi demonstrado que é possível alternar entre quenching ou enhancement da luminosidade de fluorescência, variando fatores, tais como distância metal-cromóforo, formato e tamanho da nanopartícula, dentre outros. Nota-se que essas propriedades são de grande utilidade para diversas áreas, como em analítica, biossensores, eletrônica e ciência dos materiais. Entretanto, não há ainda na literatura um estudo sistemático, em que diversas composições, formas e tamanhos de nanopartículas são usados para alterar as propriedades de fluorescência. Por outro lado, simulações computacionais são um caminho natural para o estudo aprofundado da interação fluoróforo-nanopartícula. Neste sentido, são encontrados na literatura alguns trabalhos, mas dadas as limitações computacionais para tratar as nanopartículas, fazem com que estas sejam normalmente substituídas por clusters, e a validade dessa substituição tem sido pouco explorada. Este projeto pretende, portanto, determinar de que forma se dão as alterações nos espectros de fluorescência de corantes na presença de nanopartículas metálicas, utilizando-se de simulações computacionais da interação entre clusters metálicos com diversos fluoróforos por duas abordagens: (a) utilizando clusters metálicos "discretos", em que será avaliado número mínimo de átomos metálicos necessários para reproduzir os efeitos sobre os espectros de fluorescência, e (b) utilizando um dielétrico polarizável para simular os efeitos de uma nanopartícula. Serão conduzidos também estudos experimentais sistemáticos, em que serão variados os fluoróforos e as nanopartículas (composição, forma e tamanho). (AU)