Propriétés optiques et analytiques des nanotrous : vers la conception de biocapteurs en résonance des plasmons de surface localisés

Les biocapteurs sont utilisés quotidiennement pour déterminer la présence de molécules biologiques dans une matrice complexe, comme l’urine pour les tests de grossesses ou le sang pour les glucomètres. Les techniques courantes pour la détection des autres maladies nécessitent fréquemment le marquage de l’analyte avec une autre molécule, ce qui est à éviter pour fin de simplicité d’analyse. Ces travaux ont pour but la maximisation de la sensibilité d’une surface d’or ou d’argent nanotrouée, afin de permettre la détection de la liaison de molécules biologiques par résonance des plasmons de surface localisés (LSPR), en utilisant la spectroscopie de transmission. Un biocapteur portable, rapide et sans marquage pour quantifier des analytes d’intérêt médical ou environnemental pourrait être construit à partir de ces travaux. Dans l’objectif d’étudier de nombreuses configurations pour maximiser la sensibilité, le temps et le coût des méthodes de fabrication de nanostructures habituelles auraient limité le nombre de surfaces nanotrouées pouvant être étudiées. Un autre objectif du projet consiste donc au développement d’une technique de fabrication rapide de réseaux de nanotrous, et à moindres coûts, basée sur la lithographie de nanosphères (NSL) et sur la gravure au plasma à l’oxygène (RIE). La sensibilité à la variation d’indice de réfraction associée aux liaisons de molécules sur la surface du métal noble et la longueur d’onde d’excitation du plasmon de surface sont influencées par les caractéristiques des réseaux de nanotrous. Dans les travaux rapportés ici, la nature du métal utilisé, le diamètre ainsi que la périodicité des trous sont variés pour étudier leur influence sur les bandes LSPR du spectre en transmission pour maximiser cette sensibilité, visant la fabrication d’un biocapteur. Les surfaces d’argent, ayant un diamètre de nanotrous inférieur à 200 nm pour une périodicité de 450 nm et les nanotrous d’une périodicité de 650 nm démontre un potentiel de sensibilité supérieur.

Investigations on TiO2 Based Nanocomposites as Potential Photonic Materials

This Study overviews the basics of TiO2with respect to its structure, properties and applications. A brief account of its structural, electronic and optical properties is provided. Various emerging technological applications utilising TiO2 is also discussed.Till now, exceptionally large number of fundamental studies and application-oriented research and developments has been carried out by many researchers worldwide in TiO2 with its low-dimensional nanomaterial form due to its various novel properties. These nanostructured materials have shown many favourable properties for potential applications, including pollutant photocatalytic decomposition, photovoltaic cells, sensors and so on. This thesis aims to make an in-depth investigation on different linear and nonlinear optical and structural characteristics of different phases of TiO2. Correspondingly, extensive challenges to synthesise different high quality TiO2 nanostructure derivatives such as nanotubes, nanospheres, nanoflowers etc. are continuing. Here, different nanostructures of anatase TiO2 were synthesised and analysed. Morphologically different nanostructures were found to have different impact on their physical and electronic properties such as varied surface area, dissimilar quantum confinement and hence diverged suitability for different applications. In view of the advantages of TiO2, it can act as an excellent matrix for nanoparticle composite films. These composite films may lead to several advantageous functional optical characteristics. Detailed investigations of these kinds of nanocomposites were also performed, only to find that these nanocomposites showed higher adeptness than their parent material. Fine tuning of these parameters helps researchers to achieve high proficiency in their respective applications. These innumerable opportunities aims to encompass the new progress in studies related to TiO2 for an efficient utilization in photo-catalytic or photo-voltaic applications under visible light, accentuate the future trends of TiO2-research in the environment as well as energy related fields serving promising applications benefitting the mankind. The last section of the thesis discusses the applicability of analysed nanomaterials for dye sensitised solar cells followed by future suggestions.

Preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Anwendungen von periodischen Goldnanopartikel-Arrays (PPAs), die mit Hilfe von Nanosphären-Lithografie hergestellt wurden. In Abhängigkeit der verwendeten Nanosphären-Größe wurden dabei entweder kleine dreieckige Nanopartikel (NP) (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 330 nm) oder große dreieckige NPD sowie leicht gestreckte NP (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 1390 nm) hergestellt. Die Charakterisierung der PPAs erfolgte mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie. Die kleinen NP besitzen ein Achsverhältnis (AV) von 2,47 (Kantenlänge des NPs: (74+/-6) nm, Höhe: (30+/-4) nm. Die großen dreieckigen NP haben ein AV von 3 (Kantenlänge des NPs:(465+/-27) nm, Höhe: (1530+/-10) nm) und die leicht gestreckten NP (die aufgrund der Ausbildung von Doppelschichten ebenfalls auf der gleichen Probe erzeugt wurden) haben eine Länge von (364+/-16)nm, eine Breite von (150+/-20) nm und eine Höhe von (150+/-10)nm. Die optischen Eigenschaften dieser NP werden durch lokalisierte Oberflächenplasmon-Polariton Resonanzen (LPPRs) dominiert, d.h. von einem eingestrahlten elektromagnetischen Feld angeregte kollektive Schwingungen der Leitungsbandelektronen. In dieser Arbeit wurden drei signifikante Herausforderungen für Plasmonik-Anwendungen bearbeitet, welche die einzigartigen optischen Eigenschaften dieser NP ausnutzen. Erstens wurden Ergebnisse der selektiven und präzisen Größenmanipulation und damit einer Kontrolle der interpartikulären Abstände von den dreieckigen Goldnanopartikel mit Hilfe von ns-gepulstem Laserlicht präsentiert. Die verwendete Methode basiert hierbei auf der Größen- und Formabhängigkeit der LPPRs der NP. Zweitens wurde die sensorischen Fähigkeiten von Gold-NP ausgenutzt, um die Bildung von molekularen Drähten auf den PPAs durch schrittweise Zugabe von unterschiedlichen molekularen Spezies zu untersuchen. Hierbei wurde die Verschiebung der LSPPR in den optischen Spektren dazu ausgenutzt, die Bildung der Nanodrähte zu überwachen. Drittens wurden Experimente vorgestellt, die sich die lokale Feldverstärkung von NP zu nutze machen, um eine hochgeordnete Nanostrukturierung von Oberflächen mittels fs-gepulstem Laserlicht zu bewerkstelligen. Dabei zeigt sich, dass neben der verwendeten Fluenz die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Laserlichts in Bezug zu der NP-Orientierung sowie die Größe der NP äußerst wichtige Parameter für die Nanostrukturierung darstellen. So konnten z.B. Nanolöcher erzeugt werden, die bei höheren Fluenzen zu Nanogräben und Nanokanälen zusammen wuchsen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse von enormer Wichtigkeit für weitere Anwendungen sind.

Biological Routes to Gold Nanoplates

Much effort has been devoted to the synthesis of gold nanoparticles with different shapes, including the zero-dimensional nanospheres, one dimensional nanorods, and two-dimensional nanoplates. Compared to zero or one dimensional nanostructures, the synthesis of two-dimensional nanostructures in high yield has always been more involved, often requiring complex and time-consuming steps such as morphology transformation from the nanospheres, or the seeded growth process. Herein we report a high yield method for gold nanoplate synthesis using the extract of unicellular green alga Chlorella vulgaris, which can be carried out under ambient conditions. More than 90% of the total nanoparticle population is of the platelet morphology, surpassing the previously reported value of 45%. The control of the anisotropic growth of different planes; as well as the lateral size, has also been partially optimized.

Multiple hydrogen bonds induce formation of nanoparticles with internal microemulsion structure by an amphiphilic copolymer

A particulate microemulsion is generated in a simple two-component system comprising an amphiphilic copolymer (Pluronic P123) in mixtures with tannic acid. This is correlated to complexation between the poly(ethylene oxide) in the Pluronic copolymer and the multiple hydrogen bonding units in tannic acid which leads to the breakup of the ordered structure formed in gels of Pluronic copolymers, and the formation of dispersed nanospheres containing a bicontinuous internal structure. These novel nanoparticles termed ‘‘emulsomes’’ are self-stabilized by a coating layer of Pluronic copolymer. The microemulsion exhibits a pearlescent appearance due to selective light scattering from the emulsion droplets. This simple formulation based on a commercial copolymer and a biofunctional and biodegradable additive is expected to find applications in the fast moving consumer goods sector.

Perpendicularly self-oriented and shape-controlled L1(0)-FePt nanorods directly synthesized by a temperature-modulated process

The synthesis and self-assembly of tetragonal phase-containing L1(0)-Fe(55)Pt(45) nanorods with high coercive field is described. The experimental procedure resulted in a tetragonal/cubic phase ratio close to 1:1 for the as-synthesized nanoparticles. Using different surfactant/solvent proportions in the process allowed control of particle morphology from nanospheres to nanowires. Monodisperse nanorods with lengths of 60 +/- 5 nm and diameters of 2-3 nm were self-assembled in a perpendicular oriented array onto a substrate surface using hexadecylamine as organic spacer. Magnetic alignment and properties assigned, respectively, to the shape anisotropy and the tetragonal phase suggest that the self-assembled materials are a strong candidate to solve the problem of random magnetic alignment observed in FePt nanospheres leading to applications in ultrahigh magnetic recording (UHMR) systems capable of achieving a performance of the order of terabits/in(2).

Micro and nanosystems for delivering local anesthetics

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Drug delivery systems: Past, present, and future

Drug delivery systems are essential components of drugs controlled release. In the last decades, several drug delivery technologies have emerged including capsules, liposomes. microparticles, nanoparticles, and polymers. These components must be biocompatible, biodegradable, and display a desired biodistribution providing a long-term availability of the therapeutic at specific target over time.

SnO2 nanocrystals synthesized by microwave-assisted hydrothermal method: towards a relationship between structural and optical properties

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Singlet Oxygen Generation Enhanced by Silver-Pectin Nanoparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Validação de metodologia analítica por cromatografia líquida de alta eficiência para quantificação de bupivacaína (S75-R25) em nanoesferas de poli(lactídeo-co-glicolídeo)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of Cyto- and Genotoxicity of Poly(lactide-co-glycolide) Nanoparticles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Antifungal applications of Ag-decorated hydroxyapatite nanoparticles

Pure hydroxyapatite (HA) and hydroxyapatite decorated with silver (HA@Ag) nanoparticles were synthesized and characterized. The antifungal effect of HA@Ag nanoparticles in a distilled water solution was evaluated against Candida albicans. The origin of the antifungal activity of the HA@Ag is also discussed. The results obtained showed that the HA nanorod morphology remained the same with Ag ions decorations on the HA structure which were deposited in the form of nanospheres. Interaction where occurred between the structure and its defect density variation in the interfacial HA@Ag and intrafacial HA region with the fungal medium resulted in antifungal activity. The reaction mechanisms involved oxygen and water adsorption which formed an active complex cluster. The decomposition and desorption of the final products as well as the electron/hole recombination process have an important role in fungicidal effects. © 2013 C. A. Zamperini et al.

Síntese e caracterização de nanoesferas de sílica monodispersas para obtenção de filmes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Development of hydrophilic nanocarriers for the charged form of the local anesthetic articaine

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)