Gold nano systems for the detection of molecules using surface-enhanced Raman scattering (SERS)

Tato diplomová práce byla zaměřena na výrobu a využití zlatých nanosystémů k zesílení Ramanova rozptylu. Kovové nanočástice při interakci s elektromagnetickým zářením vytváří tzv. lokalizované plazmony, které mají schopnost zesílit Ramanův rozptyl. SERS (povrchem zesílený Ramanův rozptyl) je nedestruktivní analytická technika, která byla v této práci použita k měření koncentrace a chemických změn v molekule rhodaminu B. Rhodamin B byl před měřením podroben fotokatalytické degradaci za pomoci dvou typů fotokatalyzátorů: TiO2-(H) a TiO2-(H)-Ag. Byla hledána kvantitativní závislost fotodegradace rhodaminu B na přítomnosti fotokatalyzátorů ve stanoveném časovém úseku, pomocí fotodegradačních procesů. Výsledky z měření pomocí metody SERS byly porovnány s výsledky získanými UV-VIS spektroskopií. Z naměřených dat bylo zjištěno, že fotokatalyzátory výrazně urychlují fotodegradační procesy, protože Ramanův signál rhodaminu B klesal, přičemž pokles signálu byl nejvýraznější pro katalyzátor s přídavkem TiO2-(H)-Ag, méně výrazný, ale stále statisticky významný pokles signálu byl pozorován pro katalyzátor bez přídavku TiO2-(H), zatímco v kontrolním vzorku bez fotokatalyzátoru nebyl pokles signálu pozorován. V další fázi diplomové práce byl navržen sendvičový imunotest, který využívá SERS k detekci bakterie E. coli, nebo jiných specifických mikroorganismů ve vzorku. První složkou sendvičového imunotestu jsou zlaté nanočástice, které nesou tzv. Ramanův reportér, který má zřetelnou Ramanovskou odezvu ve spektru a zlaté nanočástice tento signál zesilují, a protilátky, díky nimž se částice specificky váže na mikroorganismus. Další složkou jsou buď pozlacená sklíčka nebo magnetické nanočástice, které jsou modifikovány protilátkami a slouží imobilizaci mikroorganismů. Tento systém může být rychlou a velmi přesnou cestou, jak identifikovat daný mikroorganismus ve vzorku.This diploma thesis was focused on the production and use of gold nanosystems to enhance Raman scattering. Metal nanoparticles, when interacting with electromagnetic radiation, form so-called localized plasmons, which can enhance Raman scattering. SERS (surface-enhanced Raman scattering) is a non-destructive analytical technique used in this work to measure the concentration and chemical changes in the rhodamine B molecule. Rhodamine B was subjected to photocatalytic degradation using two types of photocatalysts before measurement: TiO2-(H) and TiO2-(H)-Ag. The quantitative dependence of rhodamine B photodegradation on the presence of photocatalysts in a given period time was sought using photodegradation processes. The results of measurements using the SERS method were compared with the results obtained by UV-VIS spectroscopy. From the measured data, it was found that the photocatalysts significantly accelerate the photodegradation processes, because the Raman signal of rhodamine B decreased, while the signal decrease was most pronounced for the catalyst with added TiO2-(H)-Ag, less prominent but still statistically significant signal decrease was observed for the TiO2-(H) catalyst. In the control sample without the addition of photocatalyst, no decrease in signal was observed. In the next phase of the thesis, a sandwich immunoassay was designed that uses SERS to detect E. coli bacteria or other specific microorganisms in the sample. The first component of the sandwich immunoassay is gold nanoparticles, which carry a so-called Raman reporter, which has a clear Raman response in the spectrum, and gold nanoparticles amplify this signal, and antibodies, thanks to which the particles specifically bind to the microorganism. Another component is either gold layered slides or magnetic nanoparticles, which are modified with antibodies and serve to immobilize microorganisms. This system can be a fast and very accurate way to identify a given microorganism in a sample.