Modelado y simulación de la respuesta plasmónica de arreglos finitos de nanoesferas metálicas para diseño de biosensores

Abstract

Esta tesis se desarrolla en el marco de la alianza entre la Universidad Nacional de Colombia, la Universidad Distrital Francisco José de Caldas y el Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica (Jena, Alemania), para el desarrollo de una plataforma ultrasensible de detección plasmónica. Este trabajo consiste en realizar un análisis teórico-computacional de la respuesta plasmónica de diferentes configuraciones geométricas de nanoesferas de oro, con el fin de evaluar la configuración más viable para su aplicación en la plataforma de biodetección. Se emplea el método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD) para estudiar las propiedades ópticas de diferentes configuraciones como nanoesfera aislada, dímero, hexágono y heptámero. Se presta especial atención a la influencia del entorno dieléctrico, la cantidad de nanoesferas en cada sistema y la separación entre ellas. Los resultados revelaron patrones distintivos en la respuesta plasmónica de los diferentes sistemas, evidenciando cambios significativos en función de las variaciones en el entorno dieléctrico y la disposición de las nanoesferas. A través de este análisis, se logra, identificar la configuración geométrica teórica óptima para ser implementada en la plataforma de biodetección, proporcionando valiosas perspectivas para futuras aplicaciones en el campo de la detección biomolecular. (Texto tomado de la fuente).

This thesis is developed within the framework of the alliance between the National University of Colombia, the Francisco Jos\'{e} de Caldas District University, and the Leibniz Institute of Photonic Technology (Jena, Germany), with the aim of creating an ultrasensitive plasmonic detection platform. The work involves a theoretical-computational analysis of the plasmonic response of different geometric configurations of gold nanospheres to evaluate the most viable configuration for its application in the biodetection platform. The Finite Difference Time Domain (FDTD) method is used to study the optical properties of various configurations such as isolated nanosphere, dimer, hexagon, and heptamer. Special attention is given to the influence of the dielectric environment, the quantity of nanospheres in each system, and their separation. The results reveal distinctive patterns in the plasmonic response of different systems, showing significant changes based on variations in the dielectric environment and the arrangement of nanospheres. Through this analysis, the optimal theoretical geometric configuration is identified for implementation in the biodetection platform, providing valuable insights for future applications in the field of biomolecular detection.