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Title: Design and synthesis of functionalized metal nanoparticles for bio-analysis with surface-enhanced Raman scattering (SERS)
Other Titles: Sviluppo e sintesi di nanoparticelle funzionalizzate per bio-analisi attraverso la spettroscopia SERS
Authors: Marsich, Lucia
Supervisore/Tutore: Bonifacio, Alois
Sergo, Valter
Issue Date: 9-Apr-2013
Publisher: Università degli studi di Trieste
The objective of this doctoral research is the development and the implementation of SERS-active substrates with biological samples. The substrates consist in coated silver nanoparticles synthesized by chemical reduction of a silver salt. The biological samples are the anionic chromophore bilirubin and two heme protein, the cationic cytochrome-c and the anionic protein cytochrome b5.
In the first part of this work, positively charged nanoparticles were prepared by coating citrate-reduced silver nanoparticles with the cationic polymer poly-L-lysine and were employed with bilirubin in the experiments listed below:
 detection of nanomolar bilirubin concentrations in aqueous solutions, showing that the SERS intensity increases linearly with concentration in a range from 10 nM to 200 nM, allowing quantitative analysis of bilirubin aqueous solutions.
 indirect quantification of bilirubin cellular up-take, demonstrating the ability to detect the bilirubin also in a buffer solution suitable for cell growth with pH 7.4. Since the bilirubin quantification at this pH is no longer possible, the poly-L-lysine was substituted by two polymers with a quaternary nitrogen atom.
 bilirubin measurement in serum, but TEM images highlights the formation of a albumin layer around the nanoparticles, blocking the interaction between bilirubin and the nanoparticles. Hence the citrate-reduced silver nanoparticles were coated with an hydrophobic capping and re-dispersed in hexane, to avoid the albumin layer around the nanoparticles.
In the second part of this doctoral thesis, silver nanoparticles were prepared via seed growth method and subsequently coated with chitosan or silica in order to obtain positively or negatively charged nanoparticles respectively. Such substrates enhance the spectrum of the cytochrome-c and cytochrome-b5 on polished silver electrode without directly interact with the protein. Thanks to the presence of chitosan or silica coated nanoparticles, the cytochrome-c and cytochrome-b5 can be detected on a gold substrate.

L’obiettivo di questo dottorato è lo sviluppo e l’implementazione di substrati SERS attivi con campioni biologici. Nanoparticelle di argento ricoperte sono state scelte come substrati. I campioni biologici analizzati sono la bilirubina e due proteine eme, il citocromo-c (cationico) e il citocromo-b5 (anionico).
Nella prima parte di questo lavoro le nanoparticelle di argento sono state preparate usando come agente riducente il citrato e successivamente sono state ricoperte con un polimero cationico, la poli-lisina. Le nanoparticelle cariche positivamente così ottenute sono state impiegate con la bilirubina nei seguenti esperimenti:
 rilevazione di concentrazioni nano-molari di bilirubina in soluzioni acquose, dimostrando che per concentrazioni comprese tra 10 e 200 nM, l’intensità degli spettri SERS aumenta linearmente con la concentrazione. È quindi possibile l’analisi quantitativa di bilirubina in soluzioni acquose.
 quantificazione indiretta dell’assorbimento cellulare di bilirubina, documentando la possibilità di rilevare la bilirubina in una soluzione tampone che permetta la crescita cellulare a pH 7.4. Dal momento che la quantificazione della bilirubina in questa soluzione buffer non è più possibile, la poli-lisina è stata sostituita con due polimeri che presentano un azoto quaternario.
 misura della bilirubina nel siero, ma le immagini TEM evidenziano la formazione intorno alle nanoparticelle di uno strato di albumina, che impedisce l’interazione della bilirubina con le nanoparticelle ricoperte di poli-lisina. Per evitare la formazione dello strato di albumina, le nanoparticelle di argento sono state quindi ricoperte con un capping idrofobico e ridisperse in esano.
Nella seconda parte di questa tesi di dottorato, le nanoparticelle di argento sono state preparate a partire da nanoparticelle di qualche nanometro e successivamente ricoperte con chitosano o silice. Lo spettro del citocromo-c e del citocromo-b5 sono stati amplificati grazie alla presenza di queste nanoparticelle senza interagire direttamente con le proteine. Grazie alla presenza delle nanoparticelle ricoperte di chitosano o silice, il citocromo-c e il citocromo-b5 sono stati misurati su un substrato d’oro.
Ciclo di dottorato: XXV Ciclo
metadata.dc.subject.classification: SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN NANOTECNOLOGIE
Keywords: Raman spectroscopySERS spectroscopyCoated nanoparticlesBio-molecules detectionBilirubinHeme proteins
Type: Doctoral
Language: en
Settore scientifico-disciplinare: ING-IND/22 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
NBN: urn:nbn:it:units-9985
Appears in Collections:Ingegneria industriale e dell'informazione

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