Divulgación
Por qué el oro coloidal es rojo
El oro macizo es amarillo, pero una disolución de nanopartículas de oro es roja intensa. La explicación de ese cambio de color es la puerta de entrada a toda la plasmónica.
Equipo biosensores.mx ·
En el Museo Británico se conserva la copa de Licurgo, una pieza romana del siglo IV. Vista con luz reflejada es verde jade; iluminada desde dentro, se vuelve roja sangre. Durante siglos fue una rareza inexplicable. Hoy sabemos que el vidrio contiene nanopartículas de oro y plata de unos setenta nanómetros, y que el efecto es exactamente el mismo que hace que una disolución de oro coloidal sea roja.
Entender ese color es entender el punto de partida de los biosensores plasmónicos.
El oro macizo es amarillo
Un lingote de oro refleja mejor el rojo y el amarillo que el azul, porque sus electrones absorben en la parte alta del visible. De ahí su color característico. Nada sorprendente.
Lo raro es lo que pasa al trocearlo hasta la escala de decenas de nanómetros. Cabría esperar un polvo dorado, o gris. Lo que se obtiene es un líquido rojo rubí.
Lo que cambia a esa escala
Una nanopartícula de veinte nanómetros es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz visible, que ronda los quinientos. Eso significa que, en un instante dado, toda la partícula siente el mismo campo eléctrico. No hay gradiente apreciable de un extremo al otro.
Ese campo uniforme desplaza en bloque la nube de electrones de conducción hacia un lado. Los iones positivos de la red, que no se mueven, tiran de vuelta. El resultado es un oscilador armónico: electrones que van y vienen con una frecuencia propia.
Como todo oscilador, tiene resonancia. Cuando la frecuencia de la luz coincide con la suya, la respuesta se dispara: la partícula absorbe y dispersa muchísimo más de lo que le correspondería por su tamaño geométrico. En el oro coloidal esa resonancia cae alrededor de los 520 nanómetros — en el verde.
Y si una disolución absorbe el verde, lo que llega a nuestros ojos es lo que queda: el rojo.
Cambiar el color es cambiar la forma
La consecuencia interesante es que la frecuencia de resonancia depende de la geometría. Alargar la partícula hasta convertirla en una varilla parte la resonancia en dos, y la longitudinal se desplaza al infrarrojo conforme la varilla se estira. Añadirle puntas, como en una nanoestrella, la desplaza también hacia el rojo lejano.
Por eso en el laboratorio el color es un diagnóstico de primera línea: si una síntesis de nanoestrellas sale azulada en lugar del tono esperado, algo ha pasado con la morfología antes incluso de mirar al microscopio.
Y por qué esto importa para un biosensor
Dos razones, y la segunda es la que sostiene toda una técnica.
La primera es que la resonancia depende del medio que rodea a la partícula. Si una proteína se une a la superficie, el índice de refracción local cambia y la resonancia se desplaza unos pocos nanómetros. Medir ese desplazamiento es detectar la unión, sin marcar nada.
La segunda es más sutil. Durante la oscilación resonante, el campo eléctrico justo alrededor de la partícula —y sobre todo en puntas y huecos— es muchísimo más intenso que el de la luz incidente. Una molécula que caiga en esa zona queda expuesta a una iluminación local enormemente amplificada.
Eso es lo que hace posible SERS, y es la razón por la que un efecto óptico conocido desde los romanos acabó convertido en una herramienta para buscar biomarcadores en suero.
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