Nanotechnology-based biosensor made with bioactive gold nanoparticle arrays for the detection of Escherichia coli cells in potable water

Il presente lavoro di tesi mira a sviluppare una piattaforma a base di nanoparticelle plasmoniche per il rilevamento di agenti patogeni in acqua mediante spettroscopia di assorbimento UV-Visibile. Tra le nanoparticelle plasmoniche l’attenzione è stata focalizzata su nanorod di oro. Queste sono particelle metalliche anisotrope, caratterizzate da proprietà spettroscopiche peculiari. Infatti, quando la radiazione elettromagnetica di lunghezza d’onda opportuna interagisce con tali nanoparticelle, gli elettroni di superficie oscillano in risonanza con la radiazione incidente. L’oscillazione degli elettroni avviene lungo entrambe le direzioni dei nanorod di oro, dando luogo a due segnali spettroscopici distinti, noti come plasmone trasversale e plasmone longitudinale. Quest’ultimo essendo più sensibile alla variazione dell’indice di rifrazione del mezzo circostante è qui considerato come parametro di sensing. Nel presente lavoro è stato ottimizzato un protocollo di nanofabbricazione di tali piattaforme, mediante l’assembly elettrostatico Layer by Layer (eLbL). Questo ha consentito di ottenere substrati che alloggiano nanoparticelle plasmoniche distribuite uniformemente, con una interdistanza di 140 ± 50 nm, un fattore di riempimento di circa il 6 % (calcolato in termini di area) e una densità di 200 oggetti/µm2. Tali caratteristiche morfologiche consentono di ottenere piattaforme plasmoniche con caratteristiche spettroscopiche simili a quelle di una soluzione colloidale. Inoltre, è stata calcolata una notevole sensibilità di bulk (400 nm per unità di indice di rifrazione). Di conseguenza è stato studiato un approccio di funzionalizzazione con un anticorpo monoclonale in grado di consentire il riconoscimento spettroscopico dell’E. coli selezionato come agente patogeno modello. I dati sperimentali evidenziano una risposta spettroscopica del sistema, dipendente dalla concentrazione del patogeno con un limite di rivelabilità di 8.7 CFU/mL.