Studio e caratterizzazione di metasuperfici ottiche per il rilevamento veloce di markers tumorali.

I biosensori basati su metasuperfici (Narrowband Perfect Absorber Metasurface o PAMS) sono uno strumento promettente per evitare complicate procedure diagnostiche e per ridurre i costi del test, fornendo una piattaforma eccezionale per lo sviluppo sensori ottici ad indice di rifrazione. I PAMS sono costituiti da un sottile distanziatore dielettrico, inserito tra un film metallico e una matrice di elementi metallici di opportuna dimensione, come le nanoparticelle plasmoniche. I PAMS sono caratterizzati da un comportamento ottico unico, attribuibile alla generazione di una nanocavità plasmonica: un gap in cui le risonanze plasmoniche di superficie sono fortemente confinate, risultando in un campo elettromagnetico intenso e confinato. Tale campo elettrico è estremamente sensibile alle variazioni dell’indice di rifrazione, mostrando evidenti cambiamenti nella riflettività/assorbimento a una lunghezza d’onda definita (regolabile). Ciò implica una sensibilità estremamente elevata all’indice di rifrazione del mezzo circostante, insieme a ridotti valori di ampiezza a metà altezza. Queste caratteristiche aprono nuovi scenari per le applicazioni sensoristiche. I PAMS si sono dimostrati estremamente efficaci nel differenziare le cellule tumorali del polmone dalle cellule del cancro del fegato, per l’analisi quantitativa delle IgG umane, e per l’identificazione di metastasi epatiche maligne da cellule epatiche sane. Solitamente i PAMS vengono ottenuti mediante tecniche di nanofabbricazione che, oltre ad essere molto costose, non permettono di costruire metasuperfici su aree relativamente grandi (1 cm x 1 cm). In questo lavoro di tesi invece verranno studiati sistemi “bottom-up” per la fabbricazione delle metasuperfici sfruttando le tecniche di assembly layer-by-layer. In particolare, la metasuperficie ottica che si intende realizzare è composta da un substrato d’oro, uno strato di dielettrico e, su quest’ultimo, verranno depositati nanocubi di argento. Lo strato di dielettrico sarà un multilayer di polielettroliti. Diversi parametri verranno esplorati per comprendere come variare le caratteristiche spettroscopiche della metasuperficie ottenuta. Questa verrà caratterizzata mediante tecniche spettroscopiche, morfologiche e fototermiche. Dopo un’opportuna bio-attivazione, il dispositivo proposto consentirà un monitoraggio non invasivo (biopsia liquida) rappresentando quindi uno strumento diagnostico e prognostico altamente sensibile e sostenibile realizzato.