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Type: Tese
Title: Síntese e caracterização de nanopartículas anisotrópicas de Au para a construção de biossensores plasmônicos
Author: Peixoto, Linus Pauling de Faria
First Advisor: Andrade, Gustavo Fernandes Souza
Co-Advisor: Santos, Jacqueline Ferreira Leite
Referee Member: Silva, Júlio César Martins da
Referee Member: Faria, Dalva Lúcia Araújo
Referee Member: Silva, Maurício Antônio Pereira da
Referee Member: Lowinsohn, Denise
Resumo: A presente tese de doutorado teve como objeto de estudo a síntese e caracterização de nanopartículas anisotrópicas de Au (AuNPs) e sua aplicação como biossensores plasmônicos utilizando a ressonância de plasmon de superfície localizado (LSPR), espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) e fluorescência intensificada por superfície (SEF). Foram sintetizadas três diferentes nanoestruturas de Au: Nanobastões (AuNRs); nanobipirâmides (AuNBs) e nanogalhos (AuNGs), utilizando o método de crescimento por partículas nucleadoras. Essas AuNPs anisotrópicas foram caracterizadas por espectroscopia no UV-VIS e microscopias eletrônica de varredura e transmissão. AuNRs apresentaram maior rendimento em suas preparações e, portanto, foram as nanoestruturas utilizadas na construção dos biossensores. Biossensores utilizando a técnica LSPR foram preparados em duas configurações diferentes. AuNRs em suspensão (S-AuNRs) e imobilizados sobre lâminas de vidro (AuNRs-chip). A imobilização em vidro foi realizada utilizando o 3-mercaptopropiltrimetoxisilano como molécula ligante entre o vidro/AuNRs e entre os AuNRs/AuNRS; esses substratos foram caracterizados por UV-VIS e microscopia de força atômica. Os S-AuNRs e AuNRs-chip apresentaram sensibilidades de 196 nm RIU-1 e 297 nm RIU-1 respectivamente, e figura de mérito (FOM) de 2,2 RIU-1 e 3,0 RIU-1. Os AuNRs-chip apresentaram um aumento de 18% na sensibilidade e 15% na FOM em relação a outros AuNRs da literatura. Os substratos tiveram sua superfície modificada para detecção de biomoléculas, como o anticorpo da albumina de soro bovino (anti-BSA), através da metodologia utilizando N′-etilcarbodiimida (EDC) e N-hidroxisuccinimida (NHS). Posteriormente, a BSA foi imobilizada na superfície e a detecção de anti-BSA ocorreu através da interação antígeno-anticorpo, observada pelo deslocamento da banda LSPR. Esse deslocamento foi similar para as duas configurações, apesar dos maiores valores de sensibilidade e FOM dos AuNRs-chip, indicando que o ambiente ao redor dos AuNRs influencia na eficiência da detecção. A detecção de anti-BSA pelas técnicas SERS e SEF foi realiza pelo método extrínseco, utilizando um imunoensaio sanduíche e as duas configurações de AuNRs em conjunto. As moléculas provas utilizadas para o SERS e SEF, foram os corantes azul do Nilo e IR-820 respectivamente. Na presença do analito, o biossensor SERS apresentou sinal duas vezes maior na média do que o branco, e uma quantidade maior de eventos positivos no mapeamento SERS digital. O biossensor SEF apresentou sinal três vezes maior na média que o branco e uma quantidade maior de eventos positivos no mapeamento SERS digital, indicando a detecção da anti-BSA através das duas técnicas. Os AuNBs e AuNGs se mostraram substratos SERS adequados, mostrando alta intensificação no sinal Raman do corante azul do Nilo. Os biossensores construídos nesse trabalho apresentaram boa performance, são simples, rápidos e de boa eficiência na detecção da anti-BSA.
Abstract: The present thesis had as study the synthesis and characterization of anisotropic Au nanoparticles (AuNPs) and their application as plasmonic biosensors using the localized surface plasmon resonance (LSPR), surface enhanced Raman scattering (SERS) and surface enhanced fluorescence (SEF). Three different Au nanostructures were synthetized: Nanorods (AuNRs), nanobypiramids (AuNBs) and nanobranches (AuNGs), using the seed mediated growth method. These anisotropic AuNPs were characterized with UV-Vis spectroscopy and scanning and transmission electronic microscopy. AuNRs present larger yield in your preparations and, therefore, were the nanostructures used in biosensors construction. LSPR based biosensors were prepare in two different configurations. AuNRs in suspension, S-AuNRS, and chemically adsorbed on glass slides, AuNRs-chip. The glass adsorption was done using the 3-mercaptopropyltrimethoxisilane, that was utilized as binding molecule between glass/AuNRs and between AuNRs/AuNRS, these substrates were characterized with UV-Vis spectroscopy and atomic force microscopy. The S-AuNRs and AuNRs-chip show sensitivities of 196 nm RIU-1 and 297 nm RIU-1 respectively, and figure of merit (FOM) of 2.2 RIU-1 and 3.0 RIU-1. The AuNRs, which had the adsorption process improved, obtained an increase of 18% on sensitivity and 15% on FOM related to other AuNRs in the literature. The substrates had the surface modified for biomolecule detection, like the bovine serum albumin antibody (anti-BSA), through the methodology using N’ethylcarbodiimide (EDC) and N-hidroxysuccnimide (NHS). Posteriorly, the BSA was immobilized on the surface and the anti-BSA detection was made through antigen-antibody interaction, observed by the shift of the LSPR band. This shift was similar to two configurations, although AuNRs-chip show larger values of sensitivity and FOM, indicating that the environment surrounding the AuNRs influences the detection efficiency. The anti-BSA detection through SERS and SEF techniques was realized by the extrinsic method, using a sandwich immunoassay and the two AuNRs configurations together. The reporter molecules used for SERS and SEF were Nile blue and IR-820 dyes respectively. In the presence of the analyte, the SERS biosensor presents a twice larger average signal than blank and a larger number of positive events at SERS digital mapping. The SEF biosensor present a three times bigger average signal than blank and a larger number of positive events at SEF digital mapping, indicating the anti-BSA detection through these techniques. AuNBs and AuNGs were adequate SERS substrates, showing a good intensification in Nile blue Raman signal. The biosensors constructed in this thesis are simple, fast and have good efficiency and performance on anti-BSA detection.
Keywords: Biossensores
Plasmônica
Nanopartículas anisotrópicas de ouro
LSPR
SERS
SEF
Biosensors
Plasmonics
Anisotropic gold nanoparticles
LSPR
SERS
SEF
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12146
Issue Date: 20-Aug-2019
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