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Estudio del uso de nanopartículas de oro y plata para el desarrollo de un sensor de fibra óptica de H₂O₂

Los sensores de fibra óptica basados en la intensidad de luz son uno de los enfoques más estudiados gracias a su sencillez y bajo coste. Sin embargo, su principal problema es la falta de robustez ya que la fluctuación (variación) de la fuente de luz o la variación inesperada de la configuración óptica se transfiere directamente a la señal de salida, y esto reduce significativamente su fiabilidad. En este trabajo, se propone un sensor de fibra óptica simple y robusto para la detección de Peróxido de Hidrógeno (H₂O₂) basado en la Resonancia del Plasmón Superficial Localizado (LSPR) de nanopartículas metálicas de Plata y Oro. La detección precisa y robusta de concentraciones de concentraciones de H₂O₂ en el rango ppm (partes por millón) es muy interesante para la comunidad científica en la medida en que se trata de un precursor patológico en una amplia variedad de mecanismos de daño donde su presencia puede ser utilizada para diagnosticar importantes enfermedades (Parkinson, Diabetes, Asma o incluso Alzheimer). En este trabajo, el principio de detección se basa en la oxidación de las partículas de Plata debido a la acción del Peróxido de Hidrógeno y, consecuentemente en la reducción de la eficiencia del acoplamiento plasmónico. Al mismo tiempo, las nanopartículas de Oro muestran una alta estabilidad química y, por lo tanto, una banda de absorción LSPR estable. Esto proporciona una referencia en tiempo real que puede ser extraída a partir de la respuesta espectral del sensor de fibra óptica, dando una lectura fiable de la concentración de Peróxido de Hidrógeno.

Intensity-based optical fiber sensors are one of the most studied sensor approaches thanks to their simplicity and low cost. Nevertheless; their main issue is their lack of robustness since any light source fluctuation; or unexpected optical setup variation is directly transferred to the output signal; and this reduces significantly their reliability. In this work; it is proposed a simple and robust hydrogen peroxide (H₂O₂) optical fiber sensor based on the sensitivity of Localize d Surface Plasmon Resonance (LSPR) of silver and gold metallic nanoparticles. The precise and robust detection of H₂O₂ concentrations in the ppm range is very interesting for the scientific community as far as it is a pathological precursor in a wide variety of damage mechanisms where its presence can be used to diagnose important diseases (Parkinson; diabetes; asthma or even Alzheimer). In this work; the sensing principle is based the oxidation of the silver nanoparticles due the action of the hydrogen peroxide; and consequently the reduction of the efficiency of the plasmonic coupling. At the same time; gold nanoparticles show a high chemical stability; and therefore a stable LSPR absorption band. This provides a stable real-time reference that can be extracted from the spectral response of the optical fiber sensor; giving a reliable reading of the hydrogen peroxide concentration.