Transferencia de energía en coloides nanoestructurados.
Los colorantes laser comerciales con emisión en el rojo (>650 nm) tienen importantes limitaciones en aplicaciones biológicas debido a su baja absorción a las longitudes de onda de bombeo habituales (532 nm) y a su baja fotoestabilidad. Nosotros demostramos que la transferencia de energía permite superar estos problemas y conseguir emisión laser eficiente y estable en el IR-cercano en suspensiones coloidales de nanoparticulas de latex dopadas con mezclas de Rodamina 6G (donador) y Nile Blue (aceptor). Es análisis teórico y experimental de la fotofisica del sistema sugiere que el mecanismo dominante es tipo Föster por acoplamiento dipolo-dipolo y que la morfología de la nanoparticula es sorprendentemente “core/shell” . Ademas se ha registrado emisión laser indcida por FRET en muestras solidas obtenidas porevaporación de las correspondientes usspensiones coloidales.
“FRET-assisted Laser Emission in Colloidal Suspensions of Dye-Doped Latex Nanoparticles
L. Cerdan, E. Enciso, V. Martin, J. Bañuelos, I. Lopez Arbeloa, A. Costela and I. Garcia-Moreno,
Nat. Photonics, 2012, 6, 621-626




Nuevos colorantes laser altamente eficientes y estables .
La sustitución de Flúor por Oxigeno en los colorantes comerciales BODIPY, por síntesis directa y de alto rendimiento, optimiza sus propiedades laser en la región visible del espectro (540-650 nm) tanto en fase liquida como en estado sólido.
“Carboxylates versus fluorines: Boosting the Emission Properties of Commercial BODIPYs in Liquid and Solid Media”,
G. Duran-Sampedro, A.R. Agarrabeitia, L. Cerdan, M.E. Perez-Ojeda, A. Costela, I. García-Moreno, I. Esnal, J. Bañuelos, I. Lopez Arbeloa and M.J. Ortiz, 
Advanced Functional Materials 2013






Emision laser altamente eficiente inducida en película delgada basadas en nanoparticulas organicas dopadas con colorantes.
Las propiedades ópticas del sistema dependen no sólo del tamaño de los latex sino también de la polidispersidad de tamaños. Muestras binarias de nanoparticulas de diferentes tamaños permiten obtener películas con mayor fracción de llenado, lo que incrementa significativamente la acción láser con respecto a la registrada en sistemas basados en cada uno de los constituyentes de la mezcla por separado.
“Random Lassing in Self-Assambled Dye-Doped Latex Nanoparticles: Packing Density Effects”
L. Cerdan, A. Costela, E. Enciso, I. Garcia-Moreno,
Advanced Functional Materials, 2013


Líneas de investigación

La investigación actual del grupo se centra en el diseño y desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados, tanto orgánicos como híbridos orgánicos-inorgánicos, con propiedades específicas y aplicaciones en los campos de la biomedicina y optoelectrónica, así como el conocimiento de los procesos que controlan su síntesis, comportamiento y propiedades en relación con su estructura y nanoestructura.

En el campo de la optoelectrónica, los nuevos materiales se estudian y desarrollan como sistemas láser, microláseres, recubrimientos fotónicos y suspensiones coloidales. En el campo de la biomedicina, se estudian la utilización de los nuevos materiales nanoestructurados en aplicaciones tales como terapia fotodinámica y sistemas para la liberación controlada de fármacos.

Nuestra investigación conlleva también un elevado interés tecnológico, que se concretará en la validación industrial de los nuevos materiales como medio activo en láseres de colorante de estado sólido, mediante su incorporación en un primer dispositivo comercial que está siendo desarrollado con nuestra colaboración por una empresa española.

Láseres de colorante en estado sólido
Este programa de investigación está encaminado al estudio sistemático de las propiedades de emisión láser de colorantes orgánicos incorporados a matrices sólidas. Como colorantes se utilizan tanto colorantes comerciales como nuevos colorantes sintetizados por nosotros. Como matrices se utilizan polímeros orgánicos y materiales híbridos orgánicos-inorgánicos.


 Etapas de la investigación:
  • Desarrollo de nuevos colorantes orgánicos funcionalizados con emisión eficiente y estable en las regiones espectrales del azul, rojo e infrarrojo cercano
  • Diseño, síntesis y análisis de nuevos materiales fotosensibilizados, nanoestructurados mediante la incorporación a polímeros y copolímeros lineales y entrecruzados de partículas de silicio nanométricas
  • (polyhedral oligomeric silsesquioxanoes, POSS), nanopartículas de óxidos (TiO2, ZnO), o nanopartículas metálicas (oro y plata) tanto desnudas como recubiertas con polímeros dopados con colorantes orgánicos o con capas de óxidos (SiO2,TiO2, ZnO).
  • Caracterización estructural, morfológica, óptica, fotofísica y fotoquímica de los colorantes sintetizados, tanto en fase líquida como confinados en o unidos covalentemente a nanopartículas (poliméricas, POSS, metálicas), incorporados a matrices poliméricas (tanto en elementos macroscópicos con en películas delgadas) y a nanocanales.
  • Caracterización de los nuevos materiales como sistemas láser, microláseres y recubrimientos fotónicos.
  • Desarrollo de sistemas láser comerciales basados en nuestros materiales.

Guias de onda
Durante los últimos años se han llevado a cabo numerosos estudios explorando el desarrollo de láseres de película delgada basados en polímeros dopados con colorantes orgánicos, debido a las aplicaciones potenciales de estos dispositivos como fuentes de luz coherente adecuadas para su integración en dispositivos optoelectrónicos o para su utilización como sistemas de detección espectroscópica desechables. En nuestro grupo exploramos la adecuación de colorantes láser, tanto comerciales como sintetizados específicamente para estas aplicaciones, para, incorporados a polímeros apropiados, ser utilizados como fuentes de emisión de radicación espontánea amplificada, láseres "random" basados en estructuras de guías de onda, y láseres de retroalimentación distribuida.









a) Topografía AFM de un sustrato corrugado en 1 dimensión (1D) con periodo de 386 nm, utilizado para obtener emisión láser basada en retroalimentación distribuida en Perileno Naranja dopado en PMMA.
b) Emisión láser característica de un láser de retroalimentación distribuida funcionando en 2º orden.
c) Evolución del espectro de emisión de un láser basado en retroalimentación distribuida según se incrementa la intensidad del bombeo (los espectros I a IV correponden a los puntos I-IV en (d).
d) Dependencia de la intensidad de emisión de un láser basado en retroalimentación distribuida con la intensidad de bombeo.
Láseres de colorante con retroalimentación por dispersión
En el desarrollo de los láseres convencionales, la dispersión se ha considerado siempre como un fenómeno a evitar, puesto que es una fuente de pérdidas que afecta negativamente a la direccionalidad e intensidad de la emisión láser. Por tanto, la llamada “sabiduría convencional” requiere que en los materiales láser la dispersión de radiación se mantenga en el nivel más bajo posible. No obstante, hemos demostrado recientemente que la presencia en el medio de ganancia de nanopartículas dispersantes distribuidas homogéneamente y con densidad por debajo de un cierto límite, en vez de afectar negativamente a la operación láser puede dar lugar a un aumento de la energía de salida del láser, debido a un incremento en la longitud del camino óptico efectivo recorrido por los fotones dentro del medio dispersivo. Este fenómeno se conoce en la literatura como retroalimentación resonante o retroalimentación incoherente.  Hemos estudiado sistemas dopados con colorantes orgánicos, basados en disoluciones tanto líquidas como sólidas, que incorporan nanopartículas de sílice (silsequioxanos) como elementos dispersantes, en disoluciones coloidales de nanopartículas de látex de menos de 40 nm de diámetro dopadas con colorantes, o en película delgada, y obtenido emisión láser “random” basada en el fenómeno de retroalimentación por dispersión.





Espectros de emisión laser "random" para diferentes colorantes incorporados en mezclas poliméricas adecuadas














Esquema de un laser "random" en película delgada que actúa como guía de onda.






Emisión láser asistida por procesos de transferencia de energía en suspensiones coloidales de nanopartículas dopadas con colorantes
Se estudia la influencia de los procesos de transferencia resonante de energía (FRET) en la fluorescencia y emisiones láser en mezclas de colorantes confinadas en nanopartículas de látex en suspensión coloidal o en películas delgadas. Los estudios experimentales se complementan con un análisis teórico exhaustivo que permite profundizar en el entendimiento de los procesos que tienen lugar y proporciona indicaciones acerca de la morfología de las nanopartículas.Emisión láser basada en procesos FRET
Interacción de radiación láser con tejidos biológicos
  • Se investiga la interacción de radiación láser de diferentes longitudes de onda con tejido dental y piel.
  • Estudio de la efectividad de la radiación láser en la eliminación del cálculo dental, desinfección de las lesiones periodontales y su efecto bactericida sobre biofilms dentales. Efecto de radiación láser UV, visible e IR sobre la estructura del esmalte y la dentina, así como su aplicación para la detección y eliminación de caries. También su efecto sobre la biomecánica del movimiento ortodóncico y en la eliminación del dolor.
  • Estudio de los procesos de ablación láser de piel y tejidos blandos como mecanismo para la liberación controlada y localizada de agentes farmacológicos a través de la piel. Eliminación de tintas de tatuaje por fototermolisis selectiva.
  • Desarrollo de colorantes orgánicos en el rojo e infrarrojo cercano para aplicaciones en terapia fotodinámica.
  • Estudio de la utilización de nanoestructuras de oro en la terapia del cáncer como agentes nanotransportadores para la liberación controlada de fármacos y para la confinación del efecto fotodinámico y fototérmico