Synthesis and characterization of plasmonic nanoparticles with improved biosensing and catalytic properties

Resumen

Las propiedades de los de metales nobles como el oro o la plata, son únicas cuando se encuentran al nivel de la nanoescala. Las propiedades plasmónicas que presentan las nanopartículas de este tipo de materiales, los convierten en herramientas muy útiles en infinidad de áreas como es el desarrollo de sensores. Esta tesis fue desarrollada en el grupo de investigación Functional NanoBioMaterials group (antiguamente llamado Grupo de Química Coloidal), el cual tiene una gran experiencia en síntesis de nanopartículas con propiedades ópticas bien definidas y modulables, así como de su posterior aplicación en diversas áreas como catálisis o imagen. En esta tesis se han planteado dos objetivos generales: (i) el desarrollo de nuevos procesos sintéticos de nanoesferas de metales nobles (oro, plata y paladio) así como de nanoestrellas de oro y (ii) la aplicación de estos nanomateriales en inmunoensayos de flujo lateral combinados con espectroscopía SERS. El uso de estas nuevas nanopartículas en los sensores mencionados permite superar una debilidades intrínsecas de la técnica: la posibilidad de multidetección simultánea. Esta tesis se estructura en cuatro capítulos: El Capítulo 1 se basa en una introducción a las propiedades y fabricación de nanopartículas plasmónicas, la espectroscopía Raman y SERS y los fundamentos de la técnica de inmunoensayo de flujo lateral. En el Capítulo 2 se describe una nueva síntesis de nanoesferas de oro, plata y paladio, la cual permite controlar el tamaño final siguiendo una metodología de crecimiento de semillas. El empleo de hierro (II) como agente reductor, permite que la síntesis se desarrolle en medio acuoso, a temperatura ambiente y utilizando citrato sódico como agente estabilizante. La fácil funcionalización de estas nanopartículas con proteínas y polímeros fue también demostrada. Finalmente, los nanocristales fueron caracterizados mediante varias técnicas como, por ejemplo: espectroscopía de absorción UV-Vis, dispersión dinámica de luz, microscopía electrónica de transmisión por barrido (STEM) y espectroscopía de rayos X dispersivos de energía (EDX). En el Capítulo 3 se presenta una nueva síntesis de nanoestrellas de oro que permite su obtención con diferente tamaño, número y longitud de puntas. El uso de la biomolécula adenosín monofosfato (AMP) como agente estabilizante, permitió la fabricación de las nanoestrellas en medio acuoso a temperatura suave. El papel del AMP como agente director de crecimiento y geometría fue estudiado a través de estudios teóricos sobre la unión que se forma entre las sales de oro y la superficie de la nanopartícula con la biomolécula. Posteriormente, su buen desempeño como nanoencimas fue demostrado utilizándolas como catalizadores en una reacción modelo (oxidación de la molécula 3,3',5,5'-Tetrametilbencidina (TMB)). Estas nanopartículas fueron también completamente caracterizadas mediante distintas técnicas como espectroscopía de absorción UV-Vis, potencial ¿, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) con corrección de aberración y microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro de alto ángulo (HAADF-STEM). El Capítulo 4 presenta un sensor de inmunoensayo de flujo lateral combinado con espectroscopía SERS para detectar y cuantificar histamina y parvalbúmina en atún enlatado. El uso de esta técnica combinada permitió la detección y cuantifican de ambos antígenos. Además de que el empleo de espectroscopía SERS permitió la detección de ambos antígenos empleando una única línea test. Teniendo en cuenta el valor máximo legalmente permitido de histamina en atún enlatado, este sensor puede ser utilizado en muestras reales, ya que ese valor máximo se encuentra en el rango de cuantificación del sensor.