Mi incorporación al Laboratorio de Ensenada del Instituto de Física de la UNAM, antecesor del CCMC y CNyN, en noviembre de 1993 fue para proponer proyectos y realizar investigación  usando un sistema de ablación por láser pulsado (PLD), de reciente instalación. Por medio de este sistema, se realizó investigación de la síntesis de materiales nanoestrucurados con aplicaciones mecánicas y ópticas, entre otras, y su caracterización por técnicas sensibles a la superficie (AES, XPS, elipsometría, FTIR, IRAS, HREELS, etc.). En la actualidad he cambiado mi línea principal de investigación a Nanotecnología basda en AFN. Esta se basa en la posibilidad de sintetizar materiales complejos con dimensiones a escala micrométrica y resolución a escala nanométrica aprovechando las características de reconocimiento molecular y auto-ensamble de la biomolécula ADN. Estos métodos de nanofabricación involucran técnicas de amplificación (bottom-up), como auto-ensamble de cadenas sencillas de ADN, y química de modificación superficial, como funcionalización de nanopartículas metálicas con ADN. Hay que recordar que los procesos convencionales de nanofabricación por métodos de miniaturización (top-down) se están aproximando a su límite de escalamiento; por ejemplo, componentes electrónicos. Por lo que una alternativa viable es impulsar técnicas basadas en sistemas biológicos en el rango nanométrico. 

El proyecto consiste en desarrollar una metodología confiable para el diseño y fabricación de nanoestructuras usando origami de ADN como “andamio” o “molde”, tamaño ~ 80 nm × 90 nm, para la colocación programada y específica de arreglos en 2D de nanopartículas (NP) de Au de tamaño igual o menor a 10 nm y sus aplicaciones en plasmónica. Esta técnica novedosa para auto-ensamblar nanoestructuras metálicas mediadas por ADN permitirá crear arreglos geométricos prefijados como dímeros, trímeros, tetrámeros, o inclusive anillos, que puedan tener NPs con diferente diámetro sobre el origami de ADN. Además, será posible incrementar el tamaño de las NPs, que fungen como centros de nucleación, por reducción usando Ag y Au en solución. Como se sabe, las resonancias plasmónicas (interferencia constructiva máxima) por NPs dependen de la forma, tamaño, material y arreglo geométrico de las nanopartículas, así como del del medio donde se encuentren. De esta manera, se investigará la generación, control, acoplamiento de excitaciones plasmónicas por luz dispersada en nanoestructuras metálicas usando el control nanométrico en la colocación y posicionamiento de dos o más NPs metálicas (Au o Ag) de una diversidad de tamaños desde 5 nm (Ag) hasta 40 nm (metalización con Ag). Se estudiará la intensidad de la luz dispersada por excitaciones plasmónicas por medio de una serie de experimentos de microscopía de campo-obscuro (dark-field microscopy) en la región visible. Dos de las aplicaciones de esta investigación serían “nanolentes” y guías de ondas (enfocar y guiar luz en regiones nanométricas. Se está llevando a cabo la instalación de un par de laboratorios. En el primero se llevaría a cabo la síntesis de nanoestructuras usando métodos bioquímicos, así como su caracterización. En el segundo se ha montado un AFM para muestras biológicas y un arreglo experimental para realizar micoscopía de campo-oscuro. Esto abre la posibilidad de aplicar estos conceptos novedoosos en nanoelectrónica, fotónicEstos trabajos han sido apoyados por proyectos de CONACYT y DGAPA-UNAM.

[1] Responsable del proyecto de CONACYT, “Crecimiento y caracterización de películas delgadas nitruradas”, 4228-E9405, octubre de 1994 a septiembre de 1997. 

[2] Participante del proyecto de grupo de CONACYT “Crecimiento de materiales nanoestructurados y caracterización de sus propiedades mecánicas”, G32265-E, octubre de 1999 a septiembre de 2004. 

[3] Participante del proyecto de grupo de CONACYT “Adquisición bidimensional de espectros para el análisis de plasma”, G36531-E, octubre de 2002 a septiembre de 2005. 

[4] Responsable del proyecto PAPIIT-DGAPA-UNAM 1N120606-2, “Síntesis y caracterización de nanoalambres usando ADN como promotor” a partir del 20 de enero de 2006 a la 31 diciembre de 2007. 

[5] Corresponsable del proyecto PAPIIT- DGAPA-UNAM 1N107008-1, “Estudio de materiales nanoestructurados monometálicos de sulfuros de metales de transición”, 20 de enero de 2008 a 31 de diciembre de 2009.

[6] Responsable del proyecto PAPIIT DGAPA-UNAM 1N105513-1, “Metalización de nanoestructuras basadas en ADN”, enero de 2013 a diciembre de 2014.

[7] Responsable del proyecto de CONACYT, “Síntesis de nanoestructuras metálicas basadas en ADN y sus aplicaciones”, No. 176352, dentro de la Convocatoria de Investigación Científica Básica 2012, enero de 2015 a diciembre de 2019. 

[8] Responsable del proyecto PAPIIT-DGAPA-UNAM, Clave: IG100417, “Nanoestructuras plasmónicas basadas en origami de ADN”, enero de 2017 a diciembre de 2019. 

3 de doctorado, 9 de maestría y 5 de licenciatura.

Nanoestructuras metálicas basadas en origami de ADN 

• Diseño por CaDNAno y CanDo de una nanoestructura modular con forma de cilindro hueco y otra con forma de un disco anular. 

• Síntesis por medio del método de origami de ADN de las dos nanoestructuras ya mencionadas. 

• Funcionalización de NPs de oro para fijarlas en sitios predeterminados y deseados en las nanoestructuras ya mencionadas. 

• En el caso del cilindro hueco, este funge como molde al llevar a cabo la metalización de las NPs de oro para producir de esta forma un nanoalambre cuyas dimensiones estarán limitadas por el cilindro. 

• Empleo de los cilindros para ser usados posteriormente como módulos y así construir nanolamabres con una longitud determinada por el número de módulos que se puedan unir por medio de cadenas sencillas de ADN. 

• Caracterización eléctrica de nanolambres usando litografía de haz de electrones (EBL) para fabricar los contactos y fuentes de poder DC de alta sensibilidad y precisión.  

• David Daniel Ruiz, Shima Jazavandi Ghamsari, Artur Erbe, Enrique C. Samano, ¨Metallic Nanowires Self-Assembled in Quasi-Circular Nanomolds Templated by DNA Origami¨, Int. J. Mol. Sci. 24, Art. No. 13549. (2023) (DOI:10.3390/ijms241713549). 

• Turkan Bayrak, Amanda Martinez-Reyes, David Daniel Ruiz, Jeffrey Kelling, Enrique C. Samano, Artur Erbe, ¨Fabrication and temperature-dependent electrical characterization of a C-shape nanowire patterned by a DNA origami¨, Scientific Reports 11 (1), Art. No. 1922 (2021) (DOI: 10.1038/s41598-021-81178-8). 

• David D. Ruiz, Karen L. Cardos, Gerardo Soto, Enrique C. Samano, ¨Gold nanostructures based on DNA Origami templates with applications in nanoelectronics and plasmonics¨, MRS Advances, Vol. 2 (64), pp. 4017-4023 (2017) (DOI:10.1557/adv.2018.177). 

• D. D. Ruiz*, K. L. Cardos*, A. Martínez*, T. M. Girón*, E. C. Samano, Biomineralization: Fundamentals, Processes and Potential Applications. Editor: Carlos W. Brooks. Chapter 3. “Nanostructures Based on DNA Origami and Applications”, pp. 77-102, (Nova Science Publishers, Hauppauge, NY, 2017). (ISBN: 978-1-53610-382-3).

• S. Brown, S. Brown,  J. Majikes, A. Martínez, T. M. Girón, H. Fennell, E. C. Samano, T. H. LaBean, ¨An easy-to-prepare mini-scaffold for DNA origami¨, Nanoscale, Vol. 7 (40), pp. 16621-16624 (2015) (DOI: 10.1039/c5nr04921k). 

• M. Pilo-Pais, S. Goldberg, E.C. Samano, T.H. LaBean, G. Finkelstein, ¨Connecting the nanodots: Programmable nanofabrication of fused metal shapes on DNA templates¨ Nano Letters, Vol 11, pp. 3489-3492 (2011) (DOI: dx.doi.org/10.1021/nl202066c).