Correlação do tamanho de nanopartículas de prata automontadas em vidros fosfatados modificados com óxidos de alumínio ou zinco no sinal RAMAN-SERS visando aplicação como diagnóstico precoce de doenças relacionadas a biomarcadores

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2020.O uso de substratos SERS nanoestruturados na detecção de biomoléculas vem ganhando considerável atenção por oferecerem grande sensibilidade e especificidade, mostrando uma aplicação bastante promissora para diagnósticos precoces de doenças relacionadas a (que expressem) biomoléculas. Apesar dos inúmeros substratos desenvolvidos com esse objetivo, muitos carecem de alguns critérios cruciais para aplicações clínicas ou no local de atendimento, como sensibilidade, resistividade, alto desempenho espectroscópico e reprodutibilidade. Isso é consequência da dificuldade de obter fortes melhorias de sinal Raman com abordagens simples, seja pela estruturação do substrato ou pelos métodos de análise. Nessas circunstâncias, investigou-se neste trabalho o potencial de duas composições de vidro borofosfato, modificadas com óxidos de alumínio ou zinco e dopadas com prata, como substratos SERS para detecção de uma molécula de corante padrão e, posteriormente, o potencial desses na detecção de biomoléculas em diferentes condições. E, como o método para aquisição de nanopartículas metálicas pode influenciar no efeito SERS (em relação ao tamanho, morfologia e arranjo das partículas) e na interação com biomoléculas (devido às características superficiais da nanopartícula), foi examinada também a influência do processo de obtenção de nanopartículas de prata na estrutura vítrea. Assim, este estudo envolveu também o retrato das principais diferenças entre as composições vítreas, quando tratados termicamente em diferentes tempos para o crescimento de nanopartículas (bottom-up), acessando a conformação estrutural da rede vítrea, a estabilidade térmica geral das matrizes e morfologia das nanopartículas para cada tempo de tratamento. Observou-se que o tratamento térmico altera de forma insignificante as matrizes de vidro, mas a diferença de estabilidade térmica e grau de empacotamento entre elas resulta em diferentes taxas de crescimento de nanopartículas, culminando em distribuições distintas de tamanho de nanopartículas no mesmo tempo de tratamento. O efeito SERS foi alcançado para as nanopartículas esféricas em tamanhos semelhantes, estimadas entre 34 e 38 nm, e com um fator de aumento maior que o padrão alcançado na literatura, tendo valor máximo calculado em 1,7x10^(7) para alumínio e 7x10^(6) para vidro modificado com zinco). A detecção de biomoléculas mostrou-se promissora com a análise de PCA, mas a adsorção de biomoléculas e a respectiva análise SERS devem ser mais investigadas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The use of nanostructured SERS substrates in biomolecule detection has gaining considerable attention as they offer great sensitivity and specificity, displaying a very promising application for early disease diagnoses of biomolecule-related (expressing biomolecules) diseases. Albeit the innumerous substrates developed with this objective, many lacks in few crucial criterions for clinical or point-of-care applications such as sensitivity, resistivity, high spectroscopic performance and reproducibility. This is a consequence of the difficulty in getting strong Raman signal enhancements with simple approaches, either by substrate structuring or analysis methods. Under those circumstances, it was investigated in this work the potential of two borophosphate glass compositions (modified with aluminum or zinc oxides) as nanostructured SERS substrates for detecting a standard dye molecule and, subsequently, their potential in detecting biomolecules under different conditions. And, since the method for acquiring metallic nanoparticles can influence in SERS effect (in respect of particle size, morphology and arrangement) and in biomolecule interaction (due to the surface characteristics of the nanoparticle) the influence of the nanoparticle obtainment process in the vitreous structure was also investigated. Thus, this study also involved the portrait of the main differences between the glass compositions, when thermally treated at different times for the growth of nanoparticles (bottom-up), accessing the structural conformation of the glassy network, the general thermal stability of the matrices and the morphology of the nanoparticles for each treatment time. It was observed that thermal treatment changes insignificantly the glass matrices, but the difference in thermal stability and degree of packing among them results in different nanoparticles growth rates, culminating in distinct nanoparticle size distributions between same treatment time. SERS effect was achieved for the spherical-like nanoparticles at similar sizes, estimated to be between 34 to 38 nm, and with an enhancement factor greater than the overall found in the literature, having maximum value calculated in 1.7x10^(7) for aluminum and 7x10^(6) for zinc modified glass. Biomolecule detection showed to be promising with PCA analysis, but biomolecule adsorption and respective SERS analysis must be further investigated