Correlation of the size of self-assembled silver nanoparticles in phosphate glasses modified with aluminum or zinc oxides in RAMAN-SERS signal aiming application as early biomarker-related disease diagnosis

Abstract

O uso de substratos SERS nanoestruturados na detecção de biomoléculas vem ganhando considerável atenção por oferecerem grande sensibilidade e especificidade, mostrando uma aplicação bastante promissora para diagnósticos precoces de doenças relacionadas a (que expressem) biomoléculas. Apesar dos inúmeros substratos desenvolvidos com esse objetivo, muitos carecem de alguns critérios cruciais para aplicações clínicas ou no local de atendimento, como sensibilidade, resistividade, alto desempenho espectroscópico e reprodutibilidade. Isso é consequência da dificuldade de obter fortes melhorias de sinal Raman com abordagens simples, seja pela estruturação do substrato ou pelos métodos de análise. Nessas circunstâncias, investigou-se neste trabalho o potencial de duas composições de vidro borofosfato, modificadas com óxidos de alumínio ou zinco e dopadas com prata, como substratos SERS para detecção de uma molécula de corante padrão e, posteriormente, o potencial desses na detecção de biomoléculas em diferentes condições. E, como o método para aquisição de nanopartículas metálicas pode influenciar no efeito SERS (em relação ao tamanho, morfologia e arranjo das partículas) e na interação com biomoléculas (devido às características superficiais da nanopartícula), foi examinada também a influência do processo de obtenção de nanopartículas de prata na estrutura vítrea. Assim, este estudo envolveu também o retrato das principais diferenças entre as composições vítreas, quando tratados termicamente em diferentes tempos para o crescimento de nanopartículas (bottom-up), acessando a conformação estrutural da rede vítrea, a estabilidade térmica geral das matrizes e morfologia das nanopartículas para cada tempo de tratamento. Observou-se que o tratamento térmico altera de forma insignificante as matrizes de vidro, mas a diferença de estabilidade térmica e grau de empacotamento entre elas resulta em diferentes taxas de crescimento de nanopartículas, culminando em distribuições distintas de tamanho de nanopartículas no mesmo tempo de tratamento. O efeito SERS foi alcançado para as nanopartículas esféricas em tamanhos semelhantes, estimadas entre 34 e 38 nm, e com um fator de aumento maior que o padrão alcançado na literatura, tendo valor máximo calculado em 1,7x10^(7) para alumínio e 7x10^(6) para vidro modificado com zinco). A detecção de biomoléculas mostrou-se promissora com a análise de PCA, mas a adsorção de biomoléculas e a respectiva análise SERS devem ser mais investigadas.