Funcionalização de filmes finos plasmónicos de Au-TiO2 com elementos de bioreconhecimento para deteção de biomoléculas

Abstract

O efeito de ressonância de plasmão de superfície localizado (LSPR), manifestado por filmes finos constituídos por nanopartículas de ouro (Au), dispersas numa matriz dielétrica (TiO2), possibilita o desenvolvimento de sensores óticos para a deteção de (bio)moléculas. A funcionalização destes filmes finos de Au-TiO2 com diferentes (bio)moléculas foi o principal objetivo deste trabalho. Os filmes foram depositados através da técnica de pulverização catódica reativa em magnetrão e, posteriormente, submetidos a diferentes tratamentos térmicos, promovendo o crescimento de nanopartículas de Au. O aumento do número de nanopartículas de Au parcialmente expostas na superfície do filme foi possível através de um tratamento de plasma com árgon, potencializando a sensibilidade do filme fino ao meio que o envolve (variações no índice de refração). Por outro lado, favoreceu o aparecimento de pontos de adsorção biomolecular. As principais (bio)moléculas imobilizadas no filme de Au-TiO2 foram: o biolinker ativo de APTMS, através de ligações covalentes na matriz de TiO2, após ativação com plasma de O2; e o elemento de bioreconhecimento, o anticorpo IgG, através de processos de adsorção não específica nas nanopartículas de Au. Através de métodos de fluorescência, e ligação química (por XPS) no caso do APTMS, foi possível determinar a presença destas (bio)moléculas na superfície do filme e avaliar quais as concentrações indicadas para proceder à imobilização. A funcionalização do filme fino de Au-TiO2 por APTMS (2% V/V) provoca um desvio médio da posição da banda T-LSPR de 2,1 ± 0,25 nm. A imobilização de IgG (7,5 􀊅g/mL) causou um desvio médio da posição da banda T-LSPR de 1,09 ± 0,25 nm. Porém, não foi ainda possível distinguir diferentes concentrações do analito, anti-IgG-FITC, pelo efeito LSPR. Assim, para o desenvolvimento do sensor LSPR, ainda será necessário proceder ao aprimoramento de algumas das características sensíveis do filme fino de Au-TiO2.

The localized surface plasmon resonance (LSPR) effect, manifested by thin films composed by gold nanoparticles (Au), dispersed in a dielectric matrix (TiO2), allows the development of optical sensors for detection of (bio)molecules. The functionalization of Au-TiO2 thin films with different (bio)molecules was the main goal of this work. The films were deposited by reactive DC magnetron sputtering, and posteriorly, submitted to different thermal treatments, promoting the nanoparticles’ growth. The increase in the number of Au nanoparticles partially exposed on the film’s surface was possible by an argon plasma treatment, improving the thin film sensitivity to the surrounding medium (variations of the refractive index). On the other hand, it favoured the appearance of biomolecular adsorption points. The main (bio)molecules immobilized on the Au-TiO2 film were: an active biolinker - APTMS, by covalent bonds on TiO2 matrix, after activation with O2 plasma; and a biorecognition element, IgG antibody, by non-specific adsorption process on Au nanoparticles. Through fluorescence methods, and chemical bonding (by XPS) in the case of APTMS, it was possible to determinate the presence of these (bio)molecules on the film surface and evaluate the best concentrations for immobilization. The functionalization of Au-TiO2 thin film by APTMS (2% V/V) induces an average deviation of the T-LSPR band position of 2,1 ± 0,25 nm. The immobilization of IgG antibody caused an average T-LSPR band shift of 1,09 ± 0,25 nm. However, it was not possible to distinguish the different concentrations of analyte, anti-IgG-FITC, by LSPR effect. Therefore, for the development of the LSPR sensor it will be also necessary to improve some of the sensible characteristics of the Au-TiO2 thin film.