Studio, preparazione e caratterizzazione di biosensori plasmonici per il rilevamento di patogeni mediante la spettroscopia a raggi X

L’obiettivo della tesi è realizzare un biosensore per il rilevamento di patogeni e caratterizzarlo. Le nanoparticelle di oro presentano elettroni di conduzione liberi ed eccitandoli con radiazione elettromagnetica, essi iniziano ad oscillare, generando la risonanza plasmonica locale superficiale. Nei nanorods di oro, le oscillazioni avvengono lungo entrambe le dimensioni e di conseguenza si avranno due frequenze caratteristiche che possono essere evidenziate mediante l’osservazione di due picchi nello spettro di assorbimento UV-visibile. Il picco relativo alle oscillazioni lungo la direzione trasversale (plasmone trasversale) è intorno ai 510 nm mentre il picco relativo alle oscillazioni nella direzione longitudinale (plasmone longitudinale) è posizionato a lunghezze d’onda maggiori e può essere modulato a seconda dell’aspect ratio dei nanorods. La frequenza di risonanza del plasmone longitudinale è dipendente dall’indice di rifrazione del mezzo in cui si trovano i nanorods: questo permette di usare i nanorods di oro come trasduttori ottici perchè variando il mezzo si osserva uno shift ottico del picco longitudinale. Un utilizzo realistico dei nanorods di oro come trasduttori ottici richiede la loro incorporazione su opportuni substrati, generando un array di nanoparticelle con proprietà ottimali per il sensing spettroscopico. L’ITO (indium-tin-oxide) rappresenta un ottimo substrato per la deposizione delle nanoparticelle, grazie alle sue ottime proprietà chimiche, ottiche ed elettriche.
Il presente lavoro si propone di studiare diversi protocolli per l’incorporazione di nanorods di oro su ITO, ottenendo così substrati che dopo essere stati caratterizzati verranno funzionalizzati con molecole bioattive idonee al riconoscimento di agenti patogeni. L’ITO verrà funzionalizzato combinando tecniche plasmochimiche con la fabbricazione di multistrati di polielettroliti attraverso la tecnica del layer-by-layer elettrostatico, generando così un substrato idoneo a far aderire i nanorod di oro, attraverso interazioni elettrostatiche. Il sistema ottenuto verrà poi bio-attivato utilizzando molecole idonee al bioriconoscimento.
Il trasduttore ottico risultante verrà caratterizzato in ogni fase della sua preparazione mediante tecniche spettroscopiche quali spettroscopia di assorbimento UV-Visibile e spettroscopia a raggi X, e tecniche morfologiche quali microscopia elettronica a scansione e microscopia a forza atomica, e microscopia ottica. Inoltre, attraverso l’utilizzo di una termocamera ad alta risoluzione e di diverse sorgenti laser, verrà valutato il comportamento fototermico del sistema ottenuto.
Opportuni esperimenti di sensing verranno condotti al fine di valutarne la funzionalità del trasduttore ottico.