Dispositivos plasmônicos aplicados na intensificação Raman de biomoléculas.

• Autor(a) principal: Magalhães, Filipe Bento
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-25102022-141514/
• topic: Biosensor; Espectroscopia Raman; Glutathione (GSH); Localized surface plasmon resonance (LSPR); Nanoeletrônica; Nanopartículas; Nanotecnologia; Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD); Sensores biomédicos; Surface enhanced Raman scattering (SERS)

Desenvolver dispositivos de alta sensibilidade capazes de detectar apenas uma molécula é um grande desafio no segmento de sensores. Complexos processos de fabricação e respostas flutuantes e randômicas são alguns dos obstáculos a serem superados no desenvolvimento deste tipo de sensores. Dispositivos plasmônicos têm apresentado elevada sensibilidade e, portanto, oferecem excelentes perspectivas para o desenvolvimento de sensores ultrassensíveis. Neste trabalho, foram fabricados sistemas plasmônicos baseados em matrizes periódicas de nanocilindros sobre substratos de silício e secção transversal de núcleo de fibra óptica multimodo. A fibra óptica foi aplicada como substrato visando o desenvolvimento de sensores do tipo sonda. As matrizes de nanocilindros de ouro foram fabricadas utilizando-se alumina anódica porosa como máscara mecânica durante a deposição de ouro. As imagens de microscopia eletrônica destas nanoestruturas revelaram matrizes de nanocilindros de ouro organizados em padrão hexagonal. Diferentes diâmetros de nanocilindros foram aplicados na intensificacao Raman de moléculas de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e da glutationa (GSH). Neste estudo, matrizes de nanocilindros com diâmetro de cerca de 60 nm mostraram alta intensificação SERS comparada com as de nanocilindros de diâmetros maiores e menores. Este comportamento foi totalmente de acordo com os cálculos teóricos e simulações realizadas via FDTD (Finite-Difference Time-Domain) de intensificação de campo próximo induzido pelo plasmon de superfície. Os espectros de intensificacao Raman (SERS) das moléculas NAD e GSH, revelaram eventos altamente flutuantes e randômicos em função do tempo quando adsorvidas sobre a superfície da matriz de nanocilindros de 60 nm. Resultados similares foram reportados na literatura em sistemas plasmônicos aplicados na detecção de apenas uma única molécula sugerindo que nossas medidas apontam para a detecção de uma única molécula de NAD e GSH. Entretanto, em nosso caso, as linhas Raman apareciam e desapareciam de modo randômico e novos modos vibracionais foram observados. Em outras palavras, as flutuações não ocorreram em linhas Raman correspondentes a modos vibracionais específicos. Esta característica ´e diferente ao reportado pela literatura onde flutuações espectrais foram observadas somente em modos vibracionais específicos da molécula em análise. No presente trabalho foi proposto um mecanismo para explicar a elevada intensificação SERS e os eventos de flutuações baseado em efeitos de intensificação paramétrica conhecida como mecanismo de ação reversa back action entre o plasmon de picocavidades e os modos vibracionais das moléculas em estudo. Em suma, este trabalho apresenta contribuições no processo de fabricação de dispositivos plasmônicos formados por matrizes periódicas de nanocilindros de ouro, e propõe um mecanismo que explica plausivelmente a elevada intensificação SERS e os eventos de flutuações de sistemas plasmônicos aplicados à detecção de uma única molécula.