Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniera Civil Eléctrica / Esta última década, el uso de móleculas como bloques funcionales en circuitos electrónicos ha cobrado gran relevancia. Con este objetivo en mente, es crucial entender cómo ocurre el transporte de carga a través de dichas moléculas. Siendo entonces necesario encontrar una forma que permita medir objetos cuyos tamaños abarcan unos pocos nanómetros (moléculas, nanopartículas, etc.). Esta tesis presenta el diseño y la fabricación de dos tipos de dispositivos, donde cada dispositivo consiste en un par de nanoelectrodos (fuente y drenaje), y es el espacio entre ambos electrodos (llamado "gap") el lugar en donde se atraparán las moléculas para posteriormente poder ser caracterizadas eléctricamente. La caracterización eléctrica consiste en comparar las curvas de corriente y voltage (I-V) a través de un "gap" cuando está abierto, es decir, un gap que no contiene moléculas y está bien definido; y el mismo gap después de que las moléculas han sido depositadas (y atrapadas) en él. El primer tipo de dispositivo se denomina "direct-electron-beam nanogap", en el cual la separación entre el par de electrodos es de aproximadamente 75-95 nm. Estos dispositivos son requeridos para medir redes de ferritinas (un tipo de proteína esférica). Las muestras de ferritina incluyen ferritina con distinto contenido de hierro (20-800 átomos de hierro por molécula de ferritina) y también ferritina con nanopartículas de oro dentro de su cavidad. Se observó que las redes de ferritina conmutan al aplicar un rango de voltaje de +/- 8V, donde la dirección de conmutación cambia con el tiempo. Además, a partir de las mediciones realizadas en un microscopio electrónico de efecto túnel (STM, por sus sigles in inglés), se estableció que las moléculas individuales de ferritina (con 20 y 800 átomos de hierro) prácticamente no conducen; el mismo comportamiento se encontró en el caso de la ferritina con contenido de oro. Las mediciones se realizaron en aire, a temperatura ambiente. Se propone que el mecanismo de conducción de las ferritinas está determinado principalmente por la presencia de múltiples ferritinas (una red) y no está relacionado con el contenido (de hierro u oro) dentro de la cavidad de la misma. El segundo tipo de dispositivo se denomina "self-aligned nanogap", en el cual la distancia entre los electrodos es de entre 9 y 20 nm. Estos dispositivos son necesarios para medir nanopartículas (NPs) de hierro y de hierro-níquel, cubiertas con una capa de óxido del metal respectivo. Se registraron las curvas I-V a temperatura ambiente, en vacío. Se encontró que, en promedio, las NPs más grandes son más conductivas que las NPs más pequeñas, y que si la densidad de NPs es mayor, la probabilidad de tener varias conectadas en paralelo aumenta, aumentando así la corriente. También se midieron ciclos de I-Vmientras se aumentaba la temperatura (desde 20 K hasta 300 K), en vacío. Al estudiar la dependencia de la resistencia a la temperatura, se obtuvo que sólo en grandes NPs de hierro la resistencia era altamente dependiente. En el caso de las NPs de hierro-níquel, la dependencia fue más débil de lo esperado. Además, se usó un modelo modificado del bloqueo de Coulomb (incluyendo las cargas de compensación), en donde la forma de las curvas I-V para cada tipo de NP fue consistente con dicho modelo. Sin embargo, la dependencia de la resistencia a la temperatura indica que este modelo sólo es consistente con el resultado obtenido para las grandes NPs de hierro (único caso con alta dependencia). / Esta investigación fue financiada por la Unión Europea mediante un proyecto RISE (DAFNEOX) SEP-210165479 y por los proyectos FONDECYT REGULAR, números 1140770 y 116175

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / Esta tesis consiste en el uso de la proteína ferritina para la síntesis de nanopartículas plasmónicas y magnéticas en su cavidad, estudiándose el efecto de las condiciones de síntesis de estos materiales sobre las propiedades ópticas, magnéticas y estructurales del sistema resultante. El trabajo está dividido en cinco etapas: i) El estudio de la proteína ferritina como material de partida, ii) la formación de apoferritina, iii) la síntesis de nanoestructuras de oro en la cavidad de la proteína, iv) la formación de óxidos de hierro magnéticos dentro de la proteína y v) la carga mixta de nanoestructuras de oro y óxidos de hierro en la cavidad. En el estudio inicial de la proteína se establece la coexistencia de agregados y monómeros de ferritina, en que el contenido de hierro en la cavidad está relacionado con la existencia de especies oligoméricas. Por otro lado, el núcleo de óxido de hierro presente en la cavidad corresponde a una mezcla de diversos tipos de óxidos con un comportamiento antiferromagnético. Con el propósito de obtener apoferritina, se evaluaron distintas condiciones para la remoción de los óxidos de hierro nativos presentes en la proteína, resultando en un protocolo que permite la remoción casi total del hierro, conservando su integridad estructural. A su vez se observa que las propiedades ópticas de la proteína dependen del contenido de hierro. La síntesis de nanoestructuras de oro en la cavidad de la proteína mediante la adición y reducción controlada del oro permite obtener partículas monodispersas. Sintetizándose inicialmente cúmulos o clusters de oro, los que presentan fluorescencia y posteriormente las nanopartículas de oro, las que exhiben el plasmón de resonancia superficial. La formación de óxidos de hierro magnéticos en la cavidad de la proteína fue obtenida mediante la adición y oxidación controlada de hierro, produciendo una mezcla de óxidos magnéticos cuya proporción depende principalmente del contenido de hierro y del pH del proceso. La carga mixta y secuencial de clusters de oro y de óxidos de hierro genera moléculas de proteína en las cuales coexisten ambas nanoestructuras, conservándose las propiedades magnéticas. La existencia de clusters de oro limita el proceso de incorporación del hierro.