Les biocapteurs optiques ont connu une évolution sans précédent au cours des dernières années, principalement en raison de la forte interaction entre la biotechnologie, l’optique et la chimie des matériaux. Dans cette thèse, deux différentes plates-formes de biocapteurs optiques ont été conçues pour la détection sensible et spécifique des biomolécules. Plus précisément, le premier système de détection optique est construit sur la base de la bioluminescence de cellules bactériennes d'Escherichia coli génétiquement modifiées. L’émission de lumière induite par cette interaction peut donc être utilisée pour la détection des substances toxiques. Le second système utilise des nanoparticules de métaux précieux (or et argent) aux propriétés plasmoniques accordables qui permettent de sonder les interactions des biomolécules spécifiques à l'interface nano-bio par la résonance plasmonique de surface (LSPR). Ces nanoparticules ont été obtenues par traitement thermique à haute température d’un film métallique déposé sur du verre à l’aide d’une grille de TEM ou déposé sur une couche de bactéries fixée sur le verre. Après une optimisation appropriée des nanostructures métalliques en termes de morphologie et de fonctionnalisation, une sensibilité élevée et une grande spécificité peuvent être simultanément obtenues avec ces immunocapteurs plasmonique. Ces deux plateformes ont été utilisées pour détecter des pesticides comme le carbofuran et l’atrazine / Optical biosensors have witnessed unprecedented developments over recent years, mainly due to the lively interplay between biotechnology, optical physics and materials chemistry. In this thesis, two different optical biosensing platforms have been designed for sensitive and specific detection of (bio)molecules. Specifically, the first optical detection system is constructed on the basis of bioluminescence derived from engineered Escherichia coli bacterial cells. Upon stressed by the toxic compounds, the bacterial cells produce light via a range of complex biochemical reactions in vivo and the resulted bioluminescent evolution thus can be used for toxicant detection. The bacterial bioluminescent assays are able to provide competitive sensitivity, while they are limited in the specificity. Therefore, the second optical detection platform is built on the localized surface plasmon resonance (LSPR) immunosensors. In this optical biosensor, the noble metal (gold and silver) nanoparticles with tunable plasmonic properties are used as transducer for probing the specific biomolecules interactions occurred in the nano-bio interface. These nanoparticles were obtained after a high temperature thermal treatment of an initially thin-metallic film deposited on a glass substrate through a TEM grid or on a bacteria layer fixed on the glass. After appropriate optimization on metal nanostructures morphology and surface biomodification, the applicable sensitivity and specificity can be both guaranteed in this LSPR immunosensor

Orientadores: Daniela Zanchet, Jose Antonio Brum / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T04:28:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_TulioCostaRizutida_D.pdf: 8952935 bytes, checksum: 2283ed573c4cf94d5cba5aa42d7b2113 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nanopartículas de metais nobres têm atraído uma renovada atenção nos últimos anos devido às novas aplicações científicas e tecnológicas explorando suas propriedades ópticas únicas. No regime nanométrico, é bem conhecido que a resposta óptica de metais, associada aos plásmons de superfície, depende fortemente do tamanho e também da forma. De fato, grande parte das aplicações ópticas de nanopartículas de ouro e prata baseia-se na exploração dos efeitos de forma. Porém, apesar dos esforços realizados, os processos que levam à formação de morfologias anisotrópicas ainda não são bem compreendidos e a formulação de um mecanismo geral ainda é um desafio. Nesse trabalho, foram abordados os mecanismos de formação e crescimento de nanoprismas triangulares de prata produzidos por métodos de síntese coloidal. Uma combinação de diferentes técnicas experimentais foi utilizada para estudar diversos aspectos da síntese fotoquímica, dentre eles, a evolução morfológica, a cinética da reação e a estrutura cristalina das nanopartículas. As sólidas evidências experimentais obtidas associadas a outras observações da literatura foram utilizadas na formulação de um modelo fenomenológico para explicar a formação e crescimento dos nanoprismas de prata em métodos fotoquímicos. Esse modelo baseia-se na influência dos defeitos cristalográficos, que induzem a formação dos nanoprismas nos momentos iniciais da síntese, e na excitação de plásmons de superfície, que ocorre em estágios avançados, sendo responsável pela definição do tamanho final dos nanoprismas. Adicionalmente, cálculos teóricos indicaram que aspectos energéticos podem ter um papel ativo nesse sistema, favorecendo o crescimento dos nanoprismas em relação às nanopartículas esféricas durante os estágios iniciais da síntese. Finalmente, os nanoprismas triangulares de prata produzidos foram aplicados ao estudo de efeitos de intensificação do espalhamento Raman de moléculas. Medidas espectroscópicas de moléculas depositadas na superfície de nanoprismas com diferentes tamanhos foram realizadas e a comparação quantitativa dos resultados indicou a presença de um tamanho ótimo, que é determinado por processos de perda de energia dos plásmons de superfície / Abstract: Noble metal nanoparticles have attracted a recent renewed interest due to the new scientific and technological applications exploiting their unique optical properties. At nanometric scale, it is well known that the optical response of metals, related to the excitation of surface plasmons, strongly depends not only on the size of the particles but also on their shape. Several methodologies to produce silver and gold nanoparticles with different shapes are available in the literature. However, notwithstanding the efforts that have been made, the process that lead to the formation of anisotropic morphologies has not been fully understood yet and a general mechanism is still a challenge. In this work, we address the formation and growth mechanisms of silver triangular nanoprisms produced by photochemical methods. A set of characterization tools was used to study different aspects of the photochemical synthesis, namely, the morphological evolution, the reaction kinetics and the crystalline structure of the nanoprisms. The solid experimental evidences obtained here were used to build a phenomenological model that explains the formation and growth of silver triangular nanoplates in photochemical methods. This model was based on the influence of crystallographic defects, which induce the formation of the nanoprismas in the initial stages of the synthesis, and on the excitation of surface plasmons, which occurs in advanced stages and it is responsible for the definition of the final size of the nanoprismas. Additionally, theoretical calculations indicate that energetics might play an important role in this system, favoring the growth of nanoprismas relative to spheres. Finally, the silver triangular nanoprisms were used to study enhancement effects in the Raman scattering of molecules. We performed spectroscopic measurements for nanoplates with different sizes and the quantitative comparison of the curves indicated the existence of an optimum size that is dictated by surface plasmon energy losses / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências