A conjugação entre as nanopartículas (NPs) de diferentes materiais, por meio de ligações químicas entre as moléculas orgânicas presentes na superfície das NPs, pode produzir nanoestruturas core-satéllites multifuncionais com potenciais aplicações no campo biomédico. O objetivo deste estudo foi obter nanoestruturas core-satéllites ou conjugadas, com NPs de Fe3O4 e Au, por meio de reações químicas específicas entre moléculas orgânicas presentes nas superfícies das NPs. As NPs de Fe3O4 foram sintetizadas utilizando rotas de decomposição térmica, resultando em NPs com tamanho e forma controlados. O ácido oleico presente na superfície das NPs de Fe3O4, como sintetizadas, foi substituído pelos ligantes, 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) ou 3-mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTMS). NPs de Au esféricas de 5,7 nm foram sintetizadas pelo método de Brust modificado, e a sua superfície foi modificada usando o ácido mercaptoundecanoico (AMU). A conjugação entre as NPs de Au e Fe3O4 foi realizada por duas vias diferentes. Primeiramente, usando os grupos amina-terminais livres das NPs Fe3O4@APTMS e os grupos carboxilatos das NPs Au@MUA e, depois, com a utilização dos grupos tióis das NPs Fe3O4@MPTMS e as NPs de Au, antes da modificação de superfície. Após a conjugação o comportamento superparamagnético das NPs de Fe3O4 foi preservado, mas a banda plasmon das NPs de Au apresentou um alargamento e um red-shift. Como esperado, a incorporação de materiais não magnéticos nas NPs magnéticas, resultou em uma pequena diminuição na magnetização de saturação em comparação com as NPs como sintetizadas. O alargamento observado na banda plasmon pode ser explicado pela agregação das NPs de Au, no entanto as influências magnéticas não podem ser discutidas. / The conjugation between nanoparticles (NPs) of different materials by using chemical bonds between organic molecules present on NPs surfaces can produce multifunctional core-satellites nanostructures and to provide potential applications in biomedical field. The aim of this study was to obtain core-satellites or conjugated nanostructures with Fe3O4 and Au NPs by specific reactions between organic molecules bonded on NPs surface. The Fe3O4 NPs were synthesized by using thermal decomposition routes leading to size-and shape-controlled NPs. As-synthesized Fe3O4 surface nanoparticles present oleic acid on surface, which was replaced by either (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) or (3-mercaptopropyl)trimethoxylane (MPTMS) ligands. Spherical 5.7 nm Au NPs were synthesized by modified Brust method, and its surface was properly modified by using 11-mercaptoundecanoic acid (MUA). The conjugation between Au and Fe3O4 NPs was performed by two different routes. Firstly, using the free amine-terminal groups from Fe3O4@APTMS and the carboxylates groups from Au@MUA and, secondly, using thiols groups from Fe3O4@MPTMS and as-synthesized naked Au NPs. After conjugation, the superparamagnetic behavior of the Fe3O4 NPs was preserved, but the plasmon band has red-shifted and broadened. As expected the incorporation of non-magnetic materials onto the magnetic NPs, the saturation magnetization presents small decrease compared to as-synthesized NPs. Observed broadening in the plasmonic band can be explained by Au NPs aggregation, but the magnetic influences can not be discussed.

Among the organic electronic conducting organic polymers PEDOT (poly(3,4- ethylenedioxythiophene)) is largely used in the making of electrodes for miniaturized, light and portable devices. The chemical, mechanical, electrochemical and optical properties of the conducting polymers are essential to plan the future research with them, as in, e.g., electrochromic devices (transmissive and reflective), chronoamperometric sensors, voltammetric sensors and controlled drug release systems. Degradability is also an important factor considering the environmental impact of the materials. Nanoparticles (NPs) of Au or Pt (1−100 nm size), when surrounded by a stabilizer, are stable, have reactive and functionalizable surfaces and catalyze many electron transfer reactions. Combinations of noble metal nanoparticles with PEDOTs (PEDOT and its derivatives) have been studied in the last years to obtain singular characteristics of the materials. The goals of this work are to study the synthesis of new inorganic/organic hybrids and their electrochemical behavior. Through 1-step oxidoreduction reaction in aqueous media, hybrids of core-shell Au@PEDOT nanoparticles were synthesized. Through this same strategy, nanoparticles of Pt dispersed in a matrix of PEDOT were synthesized. The Au@PEDOT nanoparticles had their electrochromic behavior studied. With the biodegradable macromonomer EDOTpoly(lactic acid) (EDOT-PLA) were prepared hybrids of NPsAu/(oligomers of EDOTPLA) and also of NPsAu with the new polymer PEDOT-PLA. The produced materials were analyzed. The nanoparticles are very small, with a maximum of distribution in less than 10 nm. Its observed that PEDOT-PLA is conducting, electronically similar to PEDOT and insoluble in water. It is also more stable as a film than PEDOT. NPsAu/PEDOT-PLA demonstrates to have electrocatalytic towards the reduction of hydrogen peroxide. Electrodes of high performance towards the reduction of hydrogen peroxide were thus obtained (sensitivity 8.4x10-3 A cm-2 mol-1 L; linear range (5.1x10-4 − 4.5x10-2) mol L-1; limit of detection 1.7x10-4 mol L-1). Syntheses of acrylic hydrogels and the insertion of nanoparticles/PEDOT in them were also performed, modifying their properties. / Entre os polímeros orgânicos condutores eletrônicos o PEDOT (poli(3,4- etilenodioxitiofeno)) é largamente utilizado na fabricação de eletrodos em dispositivos miniaturizados, leves e portáteis. As propriedades químicas, mecânicas, eletroquímicas e ópticas dos polímeros condutores são essenciais para planejar a pesquisa futura com eles, e.g., em dispositivos eletrocrômicos transmissivos e reflexivos, sensores cronoamperométricos, sensores voltamétricos e sistemas de liberação controlada de drogas. Degradabilidade também é um fator importante ao considerar o impacto ambiental dos materiais. Nanopartículas (NPs) de Au ou Pt (1−100 nm de tamanho), quando revestidas por um estabilizante, são estáveis, possuem superfícies reativas e funcionalizáveis e catalisam muitas reações de transferência de elétrons. As combinações de nanopartículas de metais nobres com PEDOTs (PEDOT e seus derivados) vêm sendo bastante estudadas nos últimos anos de forma a obter características singulares dos materiais. Os objetivos deste trabalho são estudar a síntese de novos híbridos inorgânicos/orgânicos e o seu comportamento eletroquímico. Foram sintetizados, por reação de oxidorredução em uma etapa em meio aquoso, híbridos de nanopartículas core-shell de Au@PEDOT. Por esta mesma estratégia, nanopartículas de Pt dispersas em matrizes de PEDOT foram sintetizadas. As nanopartículas de Au@PEDOT tiveram o seu comportamento eletrocrômico estudado. Com o macromonômero biodegradável EDOT-poli(ácido lático) (EDOT-PLA) foram preparados híbridos de NPsAu/(oligômeros de EDOT-PLA) e também de NPsAu com o novo polímero PEDOT-PLA. Os materiais produzidos foram analisados. As nanopartículas são muito pequenas, com um máximo de distribuição em menos de 10 nm. Observa-se que o PEDOT-PLA é um condutor, de estrutura eletrônica semelhante ao PEDOT e insolúvel em água. Ele também é mais estável em filme do que o PEDOT. NPsAu/PEDOT-PLA demonstra ter atividade eletrocatalítica de redução do peróxido de hidrogênio. Eletrodos de alto desempenho para a redução de peróxido de hidrogênio foram, portanto, obtidos (sensibilidade 8,4x10-3 A cm-2 mol-1 L; faixa linear (5,1x10-4 4,5x10-2) mol L-1; limite de detecção 1,7x10-4 mol L-1). Foram feitas também sínteses de hidrogeis acrílicos e a inserção de nanopartículas/PEDOT neles, modificando as suas propriedades.

Este trabalho demonstra o uso da fotopolimerização via absorção de dois fótons na produção de microestruturas dopadas com compostos orgânicos e nanopartículas de Au. A capacidade de produção de microestruturas com propriedades variadas é extremamente relevante, pois viabiliza o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos ópticos. Além disso, realizamos a conexão entre as microestruturas fabricadas e fontes de excitação, por meio de nanofibras de vidro. A integração entre essas estruturas, e destas com meios externos de excitação e detecção, é um passo essencial para o desenvolvimento de microcircuitos fotônicos, que podem representar uma nova revolução tecnológica, a exemplo do que foram os microcircuitos eletrônicos. Exploramos as possibilidades de dopagem da resina usando: (i) um composto fluorescente, (ii) um composto com birrefringência fotoinduzida e (iii) nanopartículas de ouro. Microestruturas contendo Rodamina B apresentaram boa integridade estrutural e fluorescência, tendo sido usadas para demonstrar a conexão dos microelementos com meios externos de excitação. Através de nanofibras e de micromanipuladores, comprovamos a capacidade de excitação seletiva de microestruturas através do guiamento da luz de um laser de Ar+. Estruturas birrefringentes foram obtidas pela dopagem com o azopolímero HEMA-DR13. Montamos um aparato que permite a observação da dinâmica de indução de birrefringência nas microestruturas, o qual representa um grande passo na caracterização deste tipo de microelementos. Com base nesse estudo, foi possível alcançar uma fração de birrefringência residual nas microestruturas de 35%. Por fim, propomos um método para a dopagem de microestruturas poliméricas com nanopartículas de ouro. Por se tratar de um método de dopagem indireta, ele evita interferências das nanopartículas no processo de microfabricação. Dessa forma, este trabalho abre possibilidades para a fabricação de microdispositivos funcionais com diversas propriedades especiais, bem como a integração desses microdispositivos em circuitos fotônicos. / This work demonstrates the use of two-photon photopolymerization in the fabrication of microstructures doped with organic compounds and gold nanoparticles. The ability to produce microstructures with different properties is extremely relevant, because it opens the possibility for the development of a new generation of optical devices. Besides, we have accomplished the connection between fabricated microstructures and excitation sources by means of silica nanowires. The connection among structures and with external means of detection and excitation is an essential step towards the development of new technological breakthrough in photonic microcircuits. We have explored the resin doping possibilities by using: (i) a fluorescent compound, (ii) a photoinduced birefringent compound and (iii) gold nanoparticles. Rhodamine B doped microstructures present good structural integrity and fluorescence, and were able to demonstrate the connection of microelements with external means of excitation. Through the use of nanofiber tapers and micromanipulators, we have shown the selective excitation capability of this method by guiding Ar+ laser light onto one single microstructure. Birefringent samples were obtained by doping the resin with the azopolymer HEMA-DR13. We have assembled an apparatus that allows observing the photoinduced birefringence dynamics, which represents a great step towards a better characterization of these kinds of microelements. Based on this study we were able to achieve a residual birefringence fraction of 35% in microscopic samples. Finally, we have proposed a new method for the doping of polymeric microstructures with gold nanoparticles. Because it is an indirect doping technique, it prevents gold nanoparticles from interfering with the microfabrication process. Thus, the work presented here paves the way for the fabrication of functional microdevices with a wide range of special properties, as well as for the connection of these microstructures for photonic microcircuit.

Nanopartículas de ouro são \"blocos de construção\" muito versáteis para a preparação de novos nanomateriais híbridos funcionais. Suas propriedades físico-químicas permitem a criação de sistemas capazes de absorver luz, transportar elétrons ou, ainda, interagir com moléculas e biomoléculas. Nesta tese foram estudados os fatores que influenciam o Espalhamento Raman Intensificado pela Superfície (SERS), visando o aumento da sensibilidade da técnica pela formação de compósitos com nanopartículas magnéticas, além de explorar a estratégia de montagem coordenativa para a preparação de nanomateriais híbridos contendo complexos de rutênio visando o desenvolvimento de sensores para moléculas e/ou íons moleculares. Assim, foi demonstrado como é possível aumentar o sinal de espalhamento Raman obtido em pelo menos 30%, através do controle da relação número de moléculas/ nanopartícula de ouro. Ou seja, verificou-se que a melhor relação sinal ruído foi alcançado com cerca de 16 mil moléculas de fenantrolina por nanopartícula de ~42 nm, gerando espectros mais definidos e sem a presença de bandas indesejáveis, por exemplo associadas aos agentes estabilizantes. Essa propriedade das nanopartículas de ouro foi potencializada por meio da associação com nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro gerando substratos SERS sensíveis, reprodutíveis, de preparação simples e baratos. A interação entre as nanopartículas de ouro e as nanopartículas superparamagnéticas foram monitoradas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão e microscopias de campo escuro e hiperespectral. Verificou-se que as nanopartículas interagem fortemente entre si gerando materiais supramoleculares que podem ser atraídas e concentradas utilizando-se um imã, para a realização de medidas de espectroscopia Raman/SERS. Essa nova metodologia e substrato SERS possibilitaram a quantificação de azul de metileno e de fenantrolina em concentrações na faixa de 5x10-9 a 5x10-11 mol dm-3. De fato, foi observado um aumento do sinal Raman de até 60 vezes, quando comparado ao sinal sem a concentração magnética. Finalmente, a interação das nanopartículas de ouro com três diferentes clusters trigonais de acetato de rutênio (ou, simplesmente, clusters de rutênio) simétricos, com os ligantes 4-cianopiridina, 4,4\'-bispiridina e trans-1,2-bis(4-piridil)etileno como substituintes axiais foi explorado para a preparação de polímeros de coordenação funcionais. Os clusters de rutênios foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, eletroquímica e espectroeletroquímica. A seguir os clusters de rutênio foram utilizados como \"réguas molecular\", explorando a diferença de tamanho e o fato delas funcionarem como \"moléculas-pontes\", para a realização de estudos de acoplamento plasmônico, acompanhando-se tal fenômeno por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível. A interação entre as nanopartículas de ouro e os clusters de rutênio puderam ser estudadas por espectroscopia de ressonância plasmônica de superfície (SPR), onde foi investigado o processo de formação de filmes por meio da técnica. Estes foram caracterizados por espectroscopia Raman utilizando lasers de excitação de 532 e 785 nm, onde foram observados as bandas vibracionais dos clusters de rutênio e as contribuições ressonante, eletromagnética e de transferência de cargana intensificação Raman. Esses nanomateriais híbridos foram ainda imobilizados sobre eletrodos de vidro condutor e utilizados como sensores eletroquímicos para detecção de nitrito na faixa de concentrações entre 0,5x10-6 e 1x10-3 mol dm-3. / Gold nanoparticles are \"building blocks\" very versatile for the preparation of new functional hybrid nanomaterials . Their physicochemical properties allow the creation of systems capable of absorbing light, electron transportation, or even interact with molecules and biomolecules. In this thesis we studied the factors that influence the surface enhanced Raman scattering (SERS), in order to increase the sensitivity of the technique by forming composites with magnetic nanoparticles, as well as explore the coordinative assembly strategy for the preparation of hybrid nanomaterials containing complexes ruthenium for the development of sensors for molecules and/or molecular ions . Thus, it was shown how is possible to increase the Raman signal obtained by at least 30 % just controlling the relative number of molecules/gold nanoparticle. That is, it was found that the best signal to noise ratio was achieved with about 16 thousand of molecules per nanoparticle ~ 42 nm, more defined and generating spectra without the presence of undesirable bands, for example, associated with stabilizers. This property of gold nanoparticles was enhanced by association with superparamagnetic nanoparticles of iron oxide generating sensitive SERS substrates, reproducible, with simple preparation methodology and inexpensive. The interaction between the gold nanoparticles and superparamagnetic nanoparticles were monitored by electronic spectroscopy in the ultraviolet -visible, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and dark field and hyperspectral microscopy. It was found that the nanoparticles interact strongly which can be attracted and concentrated using a magnet for the realization of Raman spectroscopy measurements / SERS. This new methodology, and SERS substrate, allowing the quantification of methylene blue concentrations and phenantroline in the range of 5x10-9 to 5x10-11 mol dm-3. In fact , we observed an increase in the Raman signal up to 60 times when compared to the signal without the magnetic concentration. Finally, the interaction of gold nanoparticles with three different clusters trigonal ruthenium acetate (or simply ruthenium clusters) symmetrical with the ligand 4- cyanopyridine, 4,4\'-bispiridina and trans-1,2-bis(4-pyridyl) ethylene axial been explored as substituents for the preparation of functional coordination polymers. Ruthenium Clusters were characterized by electron spectroscopy in the ultraviolet-visible, electrochemical and spectroelectrochemical. After that, the ruthenium clusters were used as \"molecular rulers\", exploring the size difference and the fact that they can act as \" molecules-bridges \" for studies of plasmon coupling, following up this phenomenon by electronic spectroscopy in the ultraviolet - visible. The interaction between the gold nanoparticles and ruthenium clusters could be studied by spectroscopy, surface plasmon resonance (SPR), where it investigated the process of formation of films by the technique. These were characterized by Raman spectroscopy using laser excitation of 532 and 785 nm, which were observed vibrational bands of ruthenium clusters and contributions resonant electromagnetic and transfer cargana Raman enhancement. These hybrid nanomaterials were also immobilized on glass electrodes and conductive used as electrochemical sensors for the detection of nitrite concentrations in the range of 0.5 x10-6 to 1x10-3 mol dm-3.

Este estudo empregou anticorpos que podem ser peças chaves no eventual desenvolvimento de imunossensores, devido as suas características de seletividade e consequente determinação de espécies de interesse em análises clínicas, ambiental, saúde publica, entre outros. Para isto, foram feitos estudos de espectros Raman e SERS de anticorpos inteiros e/ou fragmentados (IgG humana, anti-IgG humana (H+L) e anti-IgG humana (Fab2)). Com isto, foram conhecidos os principais modos vibracionais destas biomoléculas que são úteis para a proposta de se construir imunossensores. Ambas as técnicas fornecem informações a respeito da estrutura secundária de proteínas. Quando há a imobilização dessas biomoléculas sobre superfícies SERS-ativas, é possível determinar a sua orientação. Considerando-se que na técnica SERS existe a possibilidade de se detectar uma molécula, por meio de hot spots, é importante que as imunoglobulinas estejam sem impurezas como, por exemplo, a albumina e transferrina no caso de anticorpos provenientes do soro humano. Assim, foram feitos experimentos de purificação dos anticorpos por meio de colunas de afinidade contendo proteína A, G ou uma mistura de A e G imobilizadas e, também, separação baseada no ponto isoelétrico. Testou-se a capacidade de ligação (quimissorção) de IgG humana ou de seus fragmentos F(ab)\' sobre superfícies de ouro por meio da técnica QCM-D. Para o estudo de superfícies SERS-ativas foram sintetizadas nanopartículas de ouro (NP-Au), com a aquisição de espectros de extinção no UV-Vis e obtenção de imagens MEV para caracterizá-las. Também, foram feitas variações no preparo de nanocubos de ouro (NC-Au) para obtenção de nanobastões de ouro (NB-Au), tendo-se em vista que estruturas com pontas favorecem a intensificação do sinal Raman em superfícies SERS-ativas. Por fim, considerando-se a existência de diversas ligações S-S, principalmente na região denominada dobradiça, no espectro SERS de IgGh diluída e do fragmento F(ab)\' constatou-se o surgimento de uma banda característica de C-S em 679 cm-1. Por isso, foi feita uma proposta da possível orientação desses anticorpos não fragmentados para que assumissem uma orientação sobre as superfícies SERS-ativas com características semelhantes às dos fragmentos F(ab)\'. / This study used antibodies that can be key elements in the possible evelopment of immunosensors, due to its selectivity and the consequent determination of species of interest in clinical analysis, environmental, public health, among others. For this, Raman and SERS spectra studies were made of whole and/or fragmented antibodies (human IgG, anti-human IgG (H + L) and anti-human IgG (Fab2)). With this, it were known the main vibrational modes of these biomolecules, useful for the proposal to assemble immunosensors. Both techniques provide information on the secondary structure of proteins. When these biomolecules are immobilized on SERS-active surfaces, it is possible to determine their orientation. Considering that, in the SERS technique, it is possible to detect a molecule through hot spots, it is important that the immunoglobulins are free of impurities, such as albumin and transferrin in the case of antibodies from human serum. Thus, purification experiments of antibodies were made via affinity columns containing protein A, G or a mixture of A and G immobilized and also separation based on isoelectric point. It was tested the binding capacity (chemisorption) of human IgG or its F(ab)\' on gold surfaces by means of QCM-D technique. For the study of SERS-active surfaces of gold nanoparticles were synthesized (Au-NP), with the acquisition of extinction spectra in the UV-Vis and obtaining SEM images to characterize them. Also, changes were made in the preparation of nanocubes gold (Au-NC) to obtain gold nanorods (Au-NR), having in view that ends with structures favor the enhancement of Raman signal on SERS-active surfaces. Finally, considering the existence of various S-S links, particularly in the region called hinge, in the SERS spectrum of diluted hIgG and F(ab)\', it was found the display of a characteristic band C-S 679 cm-1. Therefore, a proposal was made about the possible direction of these non-fragmented antibodies to assume an orientation on the SERS-active surfaces with similar characteristics to the F(ab)\'

Dans les domaines de l’imagerie médicale et la thérapie, l’utilisation des nanoparticules est spécialement attrayante et prometteuse. Il est possible de concentrer dans une même particule plusieurs fonctions complémentaires comme la détection, le ciblage mais aussi la thérapie. Cette multifonctionnalité présente de nombreux avantages, et favorise le développement de nanoparticules pour une thérapie ciblée et guidée par l’imagerie.C’est dans ce contexte d’intense activité centrée sur le développement des nanoparticules pour les applications médicales (imagerie et/ou thérapie) que s’est déroulé mon travail de thèse qui s’inscrit dans la continuité des travaux de Christophe Alric et de Pierre Hugounenq. Ils ont développé respectivement des nanoparticules d’or multifonctionnelles (Au@DTDTPA) et des nanofleurs d’oxyde de fer (γ-Fe2O3).Les nanoparticules d’or (Au@DTDTPA) présentent un effet radiosensibilisant et se comportent comme agent de contraste pour l’IRM (après marquage par Gd3+ rendu possible par les propriétés chélatantes de la couche organique DTDTPA) ou comme radiotraceurs après radiomarquage (le DTDTPA forme des complexes stables avec 99mTc et 111In). Le caractère superparamagnétique des nanofleurs d’oxyde de fer confèrent à ces objets la capacité à rehausser le contraste négatif des images et à induire un échauffement sous l’action d’un champ magnétique alternatif de haute fréquence.L’objectif principal de ma thèse consistait à assembler ces deux types de nanoparticules afin de créer un objet nanométrique combinant les propriétés complémentaires des nanoparticules d’or et des nanofleurs d’oxyde de fer. Dans un premier temps, les conditions optimales de greffage des nanoparticules d’or sur les nanofleurs ont été déterminées. Nous avons montré que de tels agents présentaient après injection intraveineuse une biodistribution adaptée comme le révèlent les images acquises en IRM (grâce aux propriétés magnétiques des nanofleurs) et en TEMP (grâce au radiomarquage de la couche des nanoparticules d’or). En outre ces objets présentent un caractère radiosensibilisant qui est mieux exploité que celui des nanoparticules d’or entrant dans la composition de ces nanofleurs dorées. Associé au pouvoir chauffant des nanofleurs, le pouvoir radiosensibilisant des nanofleurs dorées a conduit à une forte inhibition de la croissance tumorale quand le traitement de rats portant un mélanome combine hyperthermie magnétique et radiothérapie après injection intratumorale des nanofleurs dorées.En conclusion, le travail réalisé au cours de cette thèse a mis en évidence l’intérêt de combiner les nanoparticules d’or et les nanofleurs d’oxyde de fer pour traiter des tumeurs solides par thérapie guidée par imagerie. / In the fields of medical imaging and therapy, the use of nanoparticles is especially attractive and promising. It is possible to concentrate in the same particle several complementary functions such as detection, targeting but also therapy. This multifunctionality has many advantages and promotes the development of nanoparticles for targeted therapy and guided by medical imaging.It is in this context of intense activity focused on the development of nanoparticles for medical applications (imaging and/or therapy) that my thesis work was carried out which is in continuity with the work of Christophe Alric and Pierre Hugounenq. They developed multifunctional gold nanoparticles (Au@DTDTPA) and iron oxide nanoflowers (γ-Fe2O3), respectively.The gold nanoparticles (Au @ DTDTPA) exhibit a radiosensitizing effect and behave as a contrast agent for MRI (after labeling with Gd3 +, made possible by the chelating properties of the organic layer DTDTPA) or radiotracers after radiolabelling (DTDTPA forms stable complexes with 99mTc and 111In). The superparamagnetic nature of the iron oxide nanoflowers gives these objects the ability to enhance the negative contrast of the images and to induce heating under the action of an alternating magnetic field of high frequency.The main objective of my thesis was to assemble these two types of nanoparticles in order to create a nanometric object combining the complementary properties of gold nanoparticles and iron oxide nanoflowers. In a first step, the optimal conditions for grafting gold nanoparticles on the nanoflower were determined. We have shown that, after intravenous injection, these agents exhibit a suitable biodistribution, as revealed by MRI images (thanks to the magnetic properties of nanoflowers) and SPECT (thanks to the radiolabeling of the gold nanoparticle layer). Moreover, these objects have a radiosensitizing character which is better exploited than that of the gold nanoparticles in the golden nanoflowers. Associated with the heating power of nanoflower, the radiosensitizing potential of golden nanoflowers has led to a strong inhibition of tumor growth when the treatment of rats carrying melanoma combines magnetic hyperthermia and radiotherapy after injection of golden nanoflower.In conclusion, the work carried out during this thesis has highlighted the value of combining gold nanoparticles and iron oxide nanoflowers to treat solid tumors by imaging-guided therapy.

[pt] Os aminoglicosídeos (AMG) pertencem a uma classe de antibióticos eficazes no tratamento de infecções provocadas por micro-organismos Gram-negativos e Gram-positivos. Ototoxidade, nefrotoxidade e alterações musculares são efeitos colaterais provocados pelo uso dessas substâncias, implicando na importância do controle das medicações com uso de métodos analíticos práticos para a rotina, sensíveis e seletivos. As estruturas dos AMG não possuem grupos cromóforos que habilitem a medição de atividade óptica direta, dessa maneira, os métodos descritos na literatura para determinação dos mesmos, normalmente, fazem uso da derivatização química implicando em alta morosidade, elevados custos e toxicidade (dados os reagentes utilizados) em tais métodos. No presente trabalho, propõe-se a utilização de nanopartículas de ouro (AuNPs) como sondas analíticas para a determinação espectrofotométrica de AMG, tirando-se proveito do efeito de ressonância plasmônica na superfície de AuNPs. Investigou-se o potencial analítico do uso de dispersões aquosas de AuNPs como sondas para a determinação de tobramicina (TBR), neomina (NEO), gentamicina (GENTA), canamicina (CANA), estreptomicina (EST) e amicacina (AMIC), observando-se resultados promissores para todos os AMG citados, excerto para a EST. No caso da TBR, foi desenvolvido um método analítico para a sua determinação em soluções oftálmicas. As curvas analíticas foram construídas a partir do monitoramento da luz transmitida em 529 nm ou 681 nm. O monitoramento do sinal analítico em 529 nm apresentou uma faixa linear entre 6,5 x 10-9 mol L-1 a 1,6 x 10-7 mol L-1 com boa linearidade (R2=0,9943) e limite de detecção (LD) igual a 6,2 x 10-9 mol L-1. O monitoramento do sinal analítico em 681 nm apresentou uma faixa linear entre 4,4 x 10-9 mol L-1 a 1,6 x 10-7 mol L-1 com boa linearidade (R2=0,9949) e valor de LD igual a 3,8 x 10-9 mol L-1. O método mostrou-se robusto em uma faixa de pH entre 2,6 e 4,5, durante 120 min. O método apresentou precisão satisfatória e demonstrou seletividade com relação a outro AMG, STP, e com relação aos excipientes presentes nas amostras analisadas. Obtiveram-se percentuais de recuperação para as amostras (simuladas e reais de soluções oftálmicas) de 104,0 a 123,1 por cento e de 101,1 a 123,6 por cento, para o monitoramento do sinal analítico em 529 nm e 681 nm, respectivamente. Utilizando-se um método comparativo para validar esses resultados, verificou-se através do teste t-student que os percentuais de recuperação encontrados através das sondas de AuNPs e através do método comparativo foram estatisticamente iguais. Estudos com saliva de pacientes em tratamento com TBR indicam o potencial da sonda para a análise de fluidos biológicos. / [en] Aminoglycosides (AMG) belong to a class of antibiotics effective for the treatment of infections caused by Gram-negative and Gram-positive micro-organisms. Ototoxicity, nephrotoxicity and muscle disorders are side effects of using these substances, implying the importance of controlling the use of pharmaceutical formulations based on AMG with practical analytical methods for routine, sensitive and selective. The molecular structures of the AMG does not present any relevant chromophores groups that enable direct measurement of their optical activity, thus, the methods described in the literature for determining it normally to use of chemical derivatization implying high delays, high costs and toxicity (dice reagents used) in such methods. The studies present in this dissertation, it is proposed to use of gold nanoparticles (AuNPs) as analytical probes for spectrophotometric determination of AMG, by exploration of the resonance Plasmon effect on the surface of AuNPs. Was investigated the analytical potential of aqueous dispersions of AuNPs as probes for the determination of tobramycin (TBR) neomina (NEO), gentamicin (GENTA), kanamycin (CANA), streptomycin (EST) and amikacin (AMIC). Promising results were found for all AMG cited excerpt EST. In the case of TBR, an analytical method for its determination in ophthalmic solutions was proposed. The analytical curves were constructed by monitoring the transmitted light at 529 nm or 681 nm. The monitoring of the analytic signal in 529 nm yielding a linear range from 6.5 x 10-9 mol L-1 to 1.6 x 10-7 mol L-1 with good linearity (R2= 0.9943) and the limit of detection (LOD) equal to 6.2 x 10-9 mol L-1. The monitoring of the analytic signal in 681 nm yielding a linear range from 4.4 x 10-9 mol L-1 to 1.6 x 10-7 mol L-1 with good linearity (R2= 0.9949) and the LOD equal to 3.8 x 10-9 mol L-1. The method showed to be robust in a pH range between 2.6 and 4.5, for 120 min. The method showed satisfactory accuracy and demonstrated selectivity with respect to other AMG, EST, and with respect to excipients present in the samples analyzed. Yielded percentage recoveries for samples (simulated and real ophthalmic solutions) from 104.0 to 123.1 percent and from 101.1 to 123.6 percent, for the monitoring of the analytical signal at 529 nm and 681 nm, respectively. Using a comparative method to validate these results, it was found through the t-student test that the percentage recovery found through the AuNPs probes and the comparative method were statistically equal. Studies in saliva from patients under TBR treatment indicated the potential of the probe for the analysis of biological fluids.

The diagnosis of cancer in early stages is an unmet clinical need, especially in view that current treatments for cancer cannot address metastatic disease. Cancer aberration processes are associated to an increase in the production of reactive oxygen species (ROS). Chemical probes that can specifically detect these species are potentially useful as medical diagnostics and research tools for cancer imaging. One of the aims of my thesis was the design and synthesis of the activatable fluorescent probes based on small molecule fluorophores modified with chemically reactive moieties. The activation of these moieties by defined targets (e.g. ROS) results in the activation of the fluorophore and subsequent emission of a fluorescent signal. Two libraries of fluorescence probes for the detection of ROS have been designed and synthesised: 1) hydrocyanine-based probes as silent fluorophores that can be activated with superoxide ions, 2) coumarin-based hydrogen peroxide probes with red-shifted fluorescent properties and different boronate activatable groups for hydrogen peroxide sensing. We have performed in vitro assays to evaluate the fluorescence response of our probes as well as experiments in relevant live cells to assess their application for detection of ROS in live cells with molecular resolution. Moreover, cancer cells also overexpress Epidermal Growth Factor Receptors (EGFR). Surface-enhanced Raman scattering (SERS) nanotags that can recognize specifically EGFR receptors in cells are promising tools for the enhanced diagnosis of cancer. Two near-infrared cyanine Raman reporters were synthesized with a carboxylic group that was conjugated to cysteamine for derivatization of gold nanoparticles (AuNPs). This work was performed in the CSIR-NIIST (Kerala, India), where I did a 3-month PhD placement. I conjugated the cyanine reporters to spherical AuNPs of 40 nm diameter, and measured their Raman intensity and stability. The best SERS nanotags were selected for encapsulation with PEG and subsequently derivatization with anti-EGFR-EP22 antibodies. In vitro characterization of the SERS nanotags was performed: SERS and absorbance spectra, electron microscopy images as well as SERS imaging experiments in A549 lung cancer cells.

As nanopartículas de ouro (AuNPs), com formatos e distribuição de tamanhos definidos, têm atraído grande atenção devido às suas propriedades óticas e e catalíticas únicas, que dependem de da forma e tamanho de AuNPs e que são importantes para diversos aplicações. O desenvolvimento de métodos simples e ecológicamente seguros para a síntese de AuNPs de tamanho e forma controlados, empregando reagentes de baixo custo e de fácil manuseamento é, portanto, de grande importância. Considerando isto, realizou-se um estudo sistemático para preparar nanoparticlus de ouro (AuNPs) e prata (AgNPs) com um controle de forma e tamanho, empregando exclusivamente glicerol como um agente redutor flexivel, eco-friendly e de baixo custo. Em primeiro lugar, descrevemos um novo one-pot método para a preparação de nanorods ou nanobastões de ouro (AuNRs) monocristalinos com quase 100% de rendimento empragando o glicerol em meio alcalino como agente redutor e Brometo de hexadeciltrimetilamónio (CTAB) como agente controlador da forma de particulas. Podemos conseguir um controle da razões de aspecto (Aspect ratio do inglês, AR = 2 a 6), rendimento de AuNRs (27-99%) bem como da posicao de banda de absorção óticas de AuNRs (de 620 a 1200 nm) simplesmente variando as condições experimentais, principalmente o pH de meio reaccional (variou-se entre 12-13,5) e a concentração do AgNO3. Descobrimos que a formação de AuNRs é mais rápida a pH mais alto (> 11) e a maior temperatura (> 30 ° C), mas o rendimento de AuNRs é menor (< 70%). A análise de HRTEM mostrou que os AuNRs crescem na direcção [001] e têm uma estrutura do tipo fcc monocristalina, isenta de falhas estruturais ou deslocamentos. Em segundo lugar, realizamos com sucesso, pela primeira vez, a formação de nanoparticlulas esféricas de ouro (AuNPs), quase monodispersas de cerca de 8 nm, utilizando o glicerol bruto conhecido localmente como Glicerina Loíra (crude glycerol (CG) do inglê), tal como recebido, da planta de biodiesel pela. Não foi realizado nehum tratamento químico ou físico específico do CG, exceto filtração simples. Utilizaram-se duas amostras diferentes de CG com diferentes teores de glicerol (65% e 73%) e diferentes níveis de impurezas (baixo e alto) e tipos (orgânicos e inorgânicos) para preparar AuNPs, a fim de estudar o efeito de possíveis impurezas na formato e distribuição de tamanho de AuNPs. Para comparação, foram também preparadas AuNPs utilizando glicerol comercial puro (99,5%) em condições experimentais idênticas. Foram obtidos AuNPs com tamanho e formato semelhantes em ambos os casos (glicerol puro comercial e CG) indicando que o glicerol comercial pode ser substituído por CG na síntese de AuNPs e as impurezas orgânicas e inorgânicas não afectam significativamente a distribuição de tamanho de AuNPs preparadas . Este estudo abre novas possibilidades para um eco-friendly preparação de nanopartículas metálicas utilizando o CG com um agente redutor barato, não tóxico e biodegradável como. Em terceiro lugar, desenvolvemos um método de síntese de AuNPs do tipo Ligand-free (sem uso de agente establizante) empregando o glicerol tanto como agente redutor quanto com agente estabilizador. A ideia era evitar o uso de um agente estabilizante externo que muitas vezes diminui a actividade catalítica ou afeta adversamente a biocompatibilidade dos sistemas surfactante/AuNPs. Obtiveram-se AuNPs coloidais estáveis com uma distribuição de tamanho razoavelmente estreita (8 &plusmn; 3 nm) por este método e verificou-se que a estabilidade e distribuição de tamanho das partículas dependiam da razão água/glicerol, temperatura e pH dos meios reaccionais. Tais ligand-free AuNPs preparados utilizando glicerol podem ser utilizadas nas aplicações catáliticas e biomédicas. / Gold nanoparticles (AuNPs) especially with a control of size and shape have attracted great attention due to their shape-dependent optical properties that are important for many applications. The development of simpler and greener methods for the synthesis of size- and shape-controlled AuNPs employing low-cost and easily handled reagents is thus of great importance. Thus we have carried out a systematic study to prepare shape- and size-controlled AuNPs and AgNPs employing exclusively glycerol as an eco-friendly, low cost and pH-tunable reducing agent. Firstly, we report a new one-pot seedless method for the preparation of single-crystalline AuNRs in almost 100% yield based on the use of glycerol in alkaline medium as the reducing agent and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) as the shape-controlling agent. We could achieve a control of the aspect ratio (AR= 2 to 6), AuNRs yield (27-99%) as well the LSPR band of the AuNRs (620 to 1200 nm) by simply varying the experimental conditions, principally the pH of the reaction media (varied between 12-13.5 ) and the concentration of the AgNO3. We found that the formation of AuNRs is faster at higher pH (>11) and higher temperature (>30°C) but the AuNRs yield is smaller (< 70%). HRTEM analysis showed that the AuNRs grow in [001] direction and have a perfect single crystalline fcc structure, free from structural faults or dislocations. Secondly, we successfully carried out the formation of nearly monodisperse spherical AuNPs of around 8 nm using the as-received crude glycerol (CG) from the biodiesel plant for the first time. No special chemical or physical treatment of CG except simple filtration was carried out. Two different crude glycerol samples with different glycerol contents (65% and 73%) and different impurity levels (low and high) and types (organic and inorganic) were employed to prepare AuNPs so as to study the effect of possible impurities on the shape and size distribution of AuNPs. For comparison, AuNPs were also prepared using pure commercial (99.5 %) glycerol under identical experimental conditions. AuNPs with similar size and shape were obtained in both cases (commercial pure glycerol as well as CG) indicating that commercial glycerol can be replaced with CG in the AuNPs synthesis and the organic and inorganic impurities do not significantly affect the particle size distribution of prepared AuNPs. This study opens up new possibilities for the environment-friendly preparation of metallic nanoparticles using the low-cost, non-toxic and biodegradable CG as a reducing agent. Thirdly, we developed a ligand-free one-pot synthesis method of AuNPs employing the eco-friendly glycerol both as reducing agent and stabilizing agent. The idea was to avoid the use of an external stabilizing agent which often hinder the catalytic activity and adversely affect the biocompatibility of the surfactant/AuNP systems. Stable AuNPs with reasonably good size distribution (8 &plusmn; 3 nm) were obtained by this method and the stability and size distribution of the particles was found to be dependent on the water/glycerol ratio, temperature and pH of the reaction media. Such surfactant-free biocompatible AuNPs prepared using the eco-friendly glycerol may find useful applications in catalysis and biomedical applications.

Nanopartículas de ouro são \"blocos de construção\" muito versáteis para a preparação de novos nanomateriais híbridos funcionais. Suas propriedades físico-químicas permitem a criação de sistemas capazes de absorver luz, transportar elétrons ou, ainda, interagir com moléculas e biomoléculas. Nesta tese foram estudados os fatores que influenciam o Espalhamento Raman Intensificado pela Superfície (SERS), visando o aumento da sensibilidade da técnica pela formação de compósitos com nanopartículas magnéticas, além de explorar a estratégia de montagem coordenativa para a preparação de nanomateriais híbridos contendo complexos de rutênio visando o desenvolvimento de sensores para moléculas e/ou íons moleculares. Assim, foi demonstrado como é possível aumentar o sinal de espalhamento Raman obtido em pelo menos 30%, através do controle da relação número de moléculas/ nanopartícula de ouro. Ou seja, verificou-se que a melhor relação sinal ruído foi alcançado com cerca de 16 mil moléculas de fenantrolina por nanopartícula de ~42 nm, gerando espectros mais definidos e sem a presença de bandas indesejáveis, por exemplo associadas aos agentes estabilizantes. Essa propriedade das nanopartículas de ouro foi potencializada por meio da associação com nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro gerando substratos SERS sensíveis, reprodutíveis, de preparação simples e baratos. A interação entre as nanopartículas de ouro e as nanopartículas superparamagnéticas foram monitoradas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão e microscopias de campo escuro e hiperespectral. Verificou-se que as nanopartículas interagem fortemente entre si gerando materiais supramoleculares que podem ser atraídas e concentradas utilizando-se um imã, para a realização de medidas de espectroscopia Raman/SERS. Essa nova metodologia e substrato SERS possibilitaram a quantificação de azul de metileno e de fenantrolina em concentrações na faixa de 5x10-9 a 5x10-11 mol dm-3. De fato, foi observado um aumento do sinal Raman de até 60 vezes, quando comparado ao sinal sem a concentração magnética. Finalmente, a interação das nanopartículas de ouro com três diferentes clusters trigonais de acetato de rutênio (ou, simplesmente, clusters de rutênio) simétricos, com os ligantes 4-cianopiridina, 4,4\'-bispiridina e trans-1,2-bis(4-piridil)etileno como substituintes axiais foi explorado para a preparação de polímeros de coordenação funcionais. Os clusters de rutênios foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível, eletroquímica e espectroeletroquímica. A seguir os clusters de rutênio foram utilizados como \"réguas molecular\", explorando a diferença de tamanho e o fato delas funcionarem como \"moléculas-pontes\", para a realização de estudos de acoplamento plasmônico, acompanhando-se tal fenômeno por espectroscopia eletrônica no ultravioleta-visível. A interação entre as nanopartículas de ouro e os clusters de rutênio puderam ser estudadas por espectroscopia de ressonância plasmônica de superfície (SPR), onde foi investigado o processo de formação de filmes por meio da técnica. Estes foram caracterizados por espectroscopia Raman utilizando lasers de excitação de 532 e 785 nm, onde foram observados as bandas vibracionais dos clusters de rutênio e as contribuições ressonante, eletromagnética e de transferência de cargana intensificação Raman. Esses nanomateriais híbridos foram ainda imobilizados sobre eletrodos de vidro condutor e utilizados como sensores eletroquímicos para detecção de nitrito na faixa de concentrações entre 0,5x10-6 e 1x10-3 mol dm-3. / Gold nanoparticles are \"building blocks\" very versatile for the preparation of new functional hybrid nanomaterials . Their physicochemical properties allow the creation of systems capable of absorbing light, electron transportation, or even interact with molecules and biomolecules. In this thesis we studied the factors that influence the surface enhanced Raman scattering (SERS), in order to increase the sensitivity of the technique by forming composites with magnetic nanoparticles, as well as explore the coordinative assembly strategy for the preparation of hybrid nanomaterials containing complexes ruthenium for the development of sensors for molecules and/or molecular ions . Thus, it was shown how is possible to increase the Raman signal obtained by at least 30 % just controlling the relative number of molecules/gold nanoparticle. That is, it was found that the best signal to noise ratio was achieved with about 16 thousand of molecules per nanoparticle ~ 42 nm, more defined and generating spectra without the presence of undesirable bands, for example, associated with stabilizers. This property of gold nanoparticles was enhanced by association with superparamagnetic nanoparticles of iron oxide generating sensitive SERS substrates, reproducible, with simple preparation methodology and inexpensive. The interaction between the gold nanoparticles and superparamagnetic nanoparticles were monitored by electronic spectroscopy in the ultraviolet -visible, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and dark field and hyperspectral microscopy. It was found that the nanoparticles interact strongly which can be attracted and concentrated using a magnet for the realization of Raman spectroscopy measurements / SERS. This new methodology, and SERS substrate, allowing the quantification of methylene blue concentrations and phenantroline in the range of 5x10-9 to 5x10-11 mol dm-3. In fact , we observed an increase in the Raman signal up to 60 times when compared to the signal without the magnetic concentration. Finally, the interaction of gold nanoparticles with three different clusters trigonal ruthenium acetate (or simply ruthenium clusters) symmetrical with the ligand 4- cyanopyridine, 4,4\'-bispiridina and trans-1,2-bis(4-pyridyl) ethylene axial been explored as substituents for the preparation of functional coordination polymers. Ruthenium Clusters were characterized by electron spectroscopy in the ultraviolet-visible, electrochemical and spectroelectrochemical. After that, the ruthenium clusters were used as \"molecular rulers\", exploring the size difference and the fact that they can act as \" molecules-bridges \" for studies of plasmon coupling, following up this phenomenon by electronic spectroscopy in the ultraviolet - visible. The interaction between the gold nanoparticles and ruthenium clusters could be studied by spectroscopy, surface plasmon resonance (SPR), where it investigated the process of formation of films by the technique. These were characterized by Raman spectroscopy using laser excitation of 532 and 785 nm, which were observed vibrational bands of ruthenium clusters and contributions resonant electromagnetic and transfer cargana Raman enhancement. These hybrid nanomaterials were also immobilized on glass electrodes and conductive used as electrochemical sensors for the detection of nitrite concentrations in the range of 0.5 x10-6 to 1x10-3 mol dm-3.