Síntese, caracterização e investigação da atividade SERS de nanopartículas de metais não-convencionais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Machado, Thiago Neves
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26269
Resumo: In this work, we present experimental results on the synthesis and characterization of post-transition metal nanoparticles (antimony, bismuth, lead, tin, and indium). Nanoparticles were synthesized via LASiS (Laser Ablation Synthesis in Solution) by irradiating metallic targets immersed in ultrapure water. The nanoparticles were characterized, as to their shape and size, by Dynamic Light Scattering (DLS) and Transmission Electron Microscopy (TEM). TEM and DLS results indicate that the nanoparticles have size distributions ranging from 5 nm to 100 nm and possess various shapes and formats, being mainly spheres, but also showing other faceted geometries. The nanoparticles were further characterized as to their structural formation by Electron Diffraction in Selected Area (SAED), and the crystalline planes were identified and compared with the literature. The colloidal suspensions were also characterized by UV-Vis optical absorption, showing plasmon resonances mainly in the ultraviolet region and the visible region, indicating the presence of plasmonic activity. The synthesized nanoparticles were used in Raman scattering experiments with diverse analytes: molecules of biological interest such as amino acids (cysteine, glycine, glutamine, methionine, proline, tyrosine, and tryptophan), urea, ascorbic acid, morphine, in addition to a luminescent complex of europium. The results of analyte interrogation with the addition of nanoparticles demonstrate Raman Scattering Signal enhancement, SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). It was also shown that the SERS signal enhancement factors of these nanoparticles are comparable to those associated with gold nanoparticles, widely used in SERS applications. Thus, we demonstrate the potential for using these non-conventional metal nanoparticles in SERS detection and characterization for biological materials, particularly SERS-based biosensors.
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TEM and DLS results indicate that the nanoparticles have size distributions ranging from 5 nm to 100 nm and possess various shapes and formats, being mainly spheres, but also showing other faceted geometries. The nanoparticles were further characterized as to their structural formation by Electron Diffraction in Selected Area (SAED), and the crystalline planes were identified and compared with the literature. The colloidal suspensions were also characterized by UV-Vis optical absorption, showing plasmon resonances mainly in the ultraviolet region and the visible region, indicating the presence of plasmonic activity. The synthesized nanoparticles were used in Raman scattering experiments with diverse analytes: molecules of biological interest such as amino acids (cysteine, glycine, glutamine, methionine, proline, tyrosine, and tryptophan), urea, ascorbic acid, morphine, in addition to a luminescent complex of europium. The results of analyte interrogation with the addition of nanoparticles demonstrate Raman Scattering Signal enhancement, SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). It was also shown that the SERS signal enhancement factors of these nanoparticles are comparable to those associated with gold nanoparticles, widely used in SERS applications. Thus, we demonstrate the potential for using these non-conventional metal nanoparticles in SERS detection and characterization for biological materials, particularly SERS-based biosensors.Neste trabalho são apresentados resultados experimentais da síntese e caracterização de nanopartículas de metais de pós-transição (antimônio, bismuto, chumbo, estanho e índio). Para a produção das nanopartículas foi aplicada a técnica de Ablação a Laser em Meio Líquido (LASiS – Laser Ablation Synthesis in Solution) utilizando alvos metálicos imersos em água deionizada. As nanopartículas foram caracterizadas, quanto a sua forma e tamanho, através das técnicas de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS – Dynamic Light Scattering) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM – Transmission Electron Microscopy). Os resultados obtidos na microscopia eletrônica e no DLS demonstram que as nanopartículas produzidas possuem tamanhos que variam de 5 nm a 100 nm e apresentam várias formas e formatos, principalmente esferas, mas também outras geometrias facetadas. Utilizando-se da técnica de Difração de Elétrons em Área Selecionada (SAED – Selected Area Electron Diffraction), as nanopartículas foram caracterizadas quanto à sua formação estrutural identificando os planos cristalinos e comparando-os com a literatura. As suspensões coloidais foram também caracterizadas quanto à absorção ótica UV-Vis, apresentando ressonância de plásmons principalmente na região do ultravioleta e parte na região do visível, indicando a presença de atividade plasmônica. As nanopartículas sintetizadas foram utilizadas em experimentos de espalhamento Raman, tendo como analitos moléculas de interesse biológico tais como aminoácidos (cisteína, glicina, glutamina, metionina, prolina, tirosina e triptofano), ureia, ácido ascórbico, morfina, além de um complexo luminescente de európio. Os resultados da interrogação dos analitos com adição das nanopartículas demonstram a atividade de aumento do sinal de espalhamento Raman (SERS – Surface-Enhanced Raman Scattering). Demonstrou-se, ainda, que os fatores de aumento de sinal SERS dessas nanopartículas são compráveis àqueles associados a nanopartículas de ouro, largamente utilizadas em aplicações SERS. Assim, comprova-se o potencial de utilização dessas nanopartículas de metais não convencionais em técnicas de detecção e caracterização de materiais biológicos, particularmente biosensores.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Física e AstronomiaUTFPRBezerra Junior, Arandi Ginanehttps://orcid.org/ 0000-0002-5145-5131http://lattes.cnpq.br/7811492311173264Schreiner, Wido Herwighttps://orcid.org/ 0000-0003-1344-0673http://lattes.cnpq.br/3296934538404596Macedo, Andreia Gerniskihttps://orcid.org/0000-0002-3114-9954http://lattes.cnpq.br/4203846336170641Bezerra Junior, Arandi Ginanehttps://orcid.org/ 0000-0002-5145-5131http://lattes.cnpq.br/7811492311173264Correia, Ricardo Rego Bordalohttps://orcid.org/ 0000-0003-0683-9539http://lattes.cnpq.br/5658045390605912Machado, Thiago Neves2021-11-03T22:31:53Z2021-11-03T22:31:53Z2021-08-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMACHADO, Thiago Neves. Síntese, caracterização e investigação da atividade SERS de nanopartículas de metais não-convencionais. 2021. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26269porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2021-11-04T06:06:00Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/26269Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2021-11-04T06:06Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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