Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection - Nguyen Minh Kha (NTUST)

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nanocubes AgSiO2 core-shell định hướng. Nền plasmonic kép cho phát hiện dấu ấn sinh học chính xác, hiệu quả.

Trường ĐH

National Taiwan University of Science and Technology

Chuyên ngành

Chemical Engineering

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án

Năm xuất bản

Số trang

166

Thời gian đọc

25 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I. Thiết kế nanohạt Ag SiO2 chức năng kép cho phát hiện biomarker

Công nghệ y tế đang đối mặt với những thách thức lớn trong việc phát hiện biomarker. Các phương pháp truyền thống thường thiếu độ nhạy cần thiết. Nhiều biomarker mới, quan trọng trong chẩn đoán bệnh, đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến hơn. Nanohạt Ag@SiO2 với chức năng kép mang lại giải pháp đột phá. Cụ thể, hệ thống này kết hợp khả năng phát hiện photoluminescence (PL) nhạy cảm thông qua hiệu ứng quang phát xạ tăng cường kim loại (MEPL). Đồng thời, nó cung cấp dấu vân tay Raman đặc trưng thông qua phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS). Sự kết hợp này giúp tăng cường độ chính xác và độ nhạy trong quá trình phát hiện. Nền tảng chức năng kép này mở ra kỷ nguyên mới cho cảm biến sinh học. Nó hứa hẹn cải thiện đáng kể khả năng chẩn đoán phân tử. Nền tảng plasmonic thiết kế đặc biệt này đáp ứng nhu cầu y tế cấp bách. Nó giúp theo dõi các dấu hiệu sinh học một cách hiệu quả hơn.

1.1. Thách thức phát hiện biomarker bằng công cụ truyền thống

Phát hiện biomarker là yếu tố then chốt trong chẩn đoán và theo dõi bệnh. Nhiều biomarker mới có nồng độ rất thấp. Công cụ chẩn đoán truyền thống thường gặp khó khăn. Chúng không đủ nhạy để phát hiện những biomarker này. Điều này hạn chế khả năng chẩn đoán sớm và chính xác. Do đó, cần có các phương pháp phát hiện biomarker siêu nhạy. Các phương pháp này cần cung cấp thông tin chi tiết về các dấu hiệu sinh học phức tạp. Đây là động lực thúc đẩy nghiên cứu công nghệ nano y sinh. Việc phát triển giải pháp mới là rất quan trọng.

1.2. Plasmonics Công nghệ quang học siêu nhạy cho y học

Công nghệ plasmonics cung cấp nền tảng quang học siêu nhạy. Nó ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán y tế và cảm biến hình ảnh sinh học. Hiệu ứng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) là cơ sở của công nghệ này. LSPR tạo ra các trường điện từ mạnh gần bề mặt kim loại. Điều này giúp tăng cường đáng kể tín hiệu quang học. Nanohạt kim loại, như bạc (Ag), là thành phần chính. Chúng tạo ra hiệu ứng plasmonic mạnh mẽ. Ứng dụng plasmonics mở ra tiềm năng lớn. Nó giúp phát hiện các phân tử ở nồng độ cực thấp. Đây là yếu tố quyết định sự thành công trong chẩn đoán.

1.3. Khái niệm chức năng kép SERS và MEPL đồng thời

Nền tảng chức năng kép kết hợp SERS và MEPL. SERS cung cấp dấu vân tay Raman đặc trưng của phân tử. MEPL tăng cường cường độ quang phát xạ. Sự kết hợp này mang lại hai loại thông tin bổ sung. Nó giúp xác định biomarker với độ chính xác cao hơn. Các nanohạt Ag@SiO2 đóng vai trò trung tâm. Chúng hoạt động như chất nền plasmonic. Cả hai cơ chế đều được tối ưu hóa đồng thời. Mục tiêu là đạt được độ nhạy và độ đặc hiệu tối đa. Nanomaterials chức năng kép này là một bước tiến lớn. Chúng hứa hẹn cải thiện khả năng phát hiện và phân tích.

II. Tối ưu hóa tổng hợp Ag SiO2 nanocubes cho cảm biến sinh học

Quá trình tổng hợp nanohạt Ag@SiO2 core-shell là bước then chốt. Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của cảm biến sinh học. Các nanocubes bạc (Ag NCs) được tổng hợp bằng phương pháp polyol. Sau đó, chúng được biến đổi bằng các tác nhân ghép nối. 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) và 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) là hai tác nhân quan trọng. Các tác nhân này đóng vai trò cầu nối. Chúng giúp định hướng sự phát triển của lớp vỏ silica. Tetraethylorthosilicate (TEOS) được sử dụng để tạo lớp vỏ silica. Lớp vỏ silica này bao phủ hạt nhân bạc. Độ dày và độ đồng đều của lớp vỏ silica được kiểm soát chặt chẽ. Điều này đảm bảo hiệu quả tối ưu cho nanohạt nhân-vỏ. Nghiên cứu đã chỉ ra sự khác biệt rõ rệt giữa các tác nhân ghép nối. Tối ưu hóa các bước này là cần thiết. Nó giúp tạo ra nanohạt Ag@SiO2 với hiệu suất cao. Điều này mở đường cho các ứng dụng chẩn đoán phân tử tiên tiến.

2.1. Quy trình tổng hợp nanocubes bạc và biến tính bề mặt

Nanocubes bạc (Ag NCs) được tạo ra thông qua phương pháp polyol. Phương pháp này kiểm soát hình dạng và kích thước hạt hiệu quả. Sau đó, bề mặt Ag NCs được biến tính. Các tác nhân ghép nối được sử dụng. MPTMS và APTMS là những lựa chọn chính. Chúng tạo ra các nhóm chức năng trên bề mặt bạc. Điều này giúp tăng cường khả năng bám dính của silica. Sự biến tính bề mặt này rất quan trọng. Nó ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của nanohạt Ag@SiO2 cuối cùng. Quá trình này đảm bảo lớp vỏ silica bám chắc chắn và đồng đều.

2.2. Vai trò của tác nhân ghép nối trong hình thành vỏ silica

Tác nhân ghép nối đóng vai trò quan trọng. Chúng điều khiển độ dày và độ đồng đều của lớp vỏ silica. Sự hiện diện của chúng làm thay đổi đáng kể hạt nhân Ag NCs. APTMS và MPTMS có cấu trúc khác nhau. Do đó, chúng tạo ra hiệu ứng khác nhau. APTMS được chứng minh là vượt trội hơn. Nó cải thiện đáng kể khả năng tăng cường SERS và MEPL. Việc lựa chọn tác nhân ghép nối phù hợp là rất quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất quang học của nanohạt Ag@SiO2. Đây là một yếu tố then chốt trong công nghệ nano y sinh.

2.3. Tối ưu hóa độ dày lớp vỏ silica siêu mỏng cho Ag SiO2

Độ dày lớp vỏ silica có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng plasmonic. Lớp vỏ silica siêu mỏng khoảng 1.5 nm mang lại hiệu quả cao. Nó giúp tăng cường cường độ SERS lên 3 lần. So với Ag NCs không có vỏ silica. Độ dày này tạo ra khoảng cách tối ưu. Nó cho phép tương tác mạnh mẽ giữa hạt nhân bạc và các phân tử đích. Đồng thời, lớp vỏ silica bảo vệ hạt nhân bạc. Nó cải thiện độ ổn định của nanohạt. Việc kiểm soát chính xác độ dày vỏ là cần thiết. Điều này đảm bảo hiệu suất tối ưu cho các cảm biến sinh học.

III. Tăng cường độ nhạy SERS và MEPL bằng nanohạt nhân vỏ Ag SiO2

Các nanohạt Ag@SiO2 nhân-vỏ thể hiện khả năng tăng cường tín hiệu quang học vượt trội. Điều này đạt được thông qua sự kết hợp của hiệu ứng SERS và MEPL. Lớp vỏ silica siêu mỏng đóng vai trò quan trọng. Nó điều chỉnh khoảng cách giữa hạt nhân bạc và các phân tử được phát hiện. Sự điều chỉnh này tối ưu hóa tương tác plasmonic. Kết quả là cường độ tín hiệu SERS và MEPL được cải thiện đáng kể. Việc sử dụng APTMS làm tác nhân ghép nối mang lại lợi ích lớn. Nó dẫn đến sự tăng cường SERS và MEPL vượt trội. Nanohạt Ag@SiO2 được tối ưu hóa mang lại độ nhạy cao. Chúng cho phép phát hiện các biomarker ở nồng độ cực thấp. Đây là yếu tố quan trọng trong chẩn đoán sớm và chính xác. Sự kết hợp hai chức năng này tạo nên một công cụ mạnh mẽ. Nó vượt xa khả năng của các phương pháp phát hiện đơn lẻ. Công nghệ nano y sinh này mở ra nhiều triển vọng mới.

3.1. Cơ chế tăng cường tín hiệu SERS với nanocubes bạc silica

SERS là kỹ thuật phân tích siêu nhạy. Nó cho phép phát hiện phân tử thông qua phổ Raman tăng cường. Nanohạt bạc tạo ra các 'điểm nóng' plasmonic. Các điểm nóng này tăng cường trường điện từ cục bộ. Lớp vỏ silica siêu mỏng (~1.5 nm) tối ưu hóa khoảng cách. Nó đưa phân tử đích vào vùng có trường điện từ mạnh nhất. Điều này dẫn đến sự tăng cường tín hiệu Raman lên nhiều bậc. Cụ thể, Ag@SiO2 NCs với vỏ silica siêu mỏng cho cường độ SERS cao hơn 3 lần. So với Ag NCs không vỏ silica. Lớp vỏ này cũng bảo vệ phân tử khỏi sự dập tắt. Điều này duy trì độ nhạy cao của cảm biến sinh học.

3.2. Cải thiện hiệu suất MEPL bằng lớp vỏ silica bảo vệ

MEPL là hiện tượng tăng cường quang phát xạ của các phân tử gần bề mặt kim loại. Lớp vỏ silica trong nanohạt Ag@SiO2 đóng vai trò kép. Nó kiểm soát khoảng cách giữa phân tử phát sáng và bề mặt bạc. Đồng thời, nó ngăn chặn sự dập tắt quang phát xạ. Sự dập tắt này thường xảy ra khi phân tử quá gần kim loại. APTMS modified Ag@SiO2 NCs cho thấy sự tăng cường MEPL đáng kể. Điều này tạo điều kiện cho cả hai chức năng hoạt động hiệu quả. Việc tối ưu hóa lớp vỏ silica là yếu tố then chốt. Nó giúp đạt được hiệu quả MEPL cao. Nanohạt nhân-vỏ Ag@SiO2 là nền tảng lý tưởng cho cả SERS và MEPL.

3.3. Duy trì độ nhạy kép SERS và MEPL sau thời gian lưu trữ

Một trong những thách thức của cảm biến plasmonic là độ ổn định. Nghiên cứu đã chỉ ra khả năng duy trì độ nhạy kép. Việc trộn Ag@SiO2 NCs với lớp vỏ silica dày ~1 nm. Phương pháp này giúp duy trì độ nhạy SERS và MEPL. Cả hai đều đạt ~90% sau 12 tuần lưu trữ. Điều này chứng tỏ tính ổn định vượt trội của nanohạt Ag@SiO2. Lớp vỏ silica đóng vai trò bảo vệ. Nó giảm thiểu sự oxy hóa và suy thoái của hạt nhân bạc. Độ ổn định này rất quan trọng. Nó cho phép ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán phân tử thực tế.

IV. Chân đế plasmonic ổn định hiệu quả cao cho chẩn đoán phân tử

Sự tương tác giữa chất nền và cấu trúc nano plasmonic ảnh hưởng đến hiệu suất. Chân đế đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả cảm biến. Một chất nền mới đã được chế tạo. Nó có chỉ số khúc xạ thấp và độ nhám bề mặt phù hợp. Chất nền này được tạo ra bằng cách khắc lá nhôm. Sau đó, tạo ra cấu trúc alumina hình hoa (f-Al2O3/e-Al). Nanohạt Ag@SiO2 được lắng đọng trên chất nền này. Chúng tự sắp xếp theo cấu hình cạnh-cạnh (edge-edge configuration). Độ nhám bề mặt của f-Al2O3/e-Al cung cấp một đường dẫn. Nó giúp ghép nối ánh sáng tới với plasmon bề mặt. Điều này tạo ra các điểm nóng plasmon hiệu quả. Cả SERS và MEPL đều được hưởng lợi từ sự ghép nối này. Chân đế mới này không chỉ tăng cường hiệu quả. Nó còn cải thiện đáng kể thời gian bảo quản của cảm biến. Đây là một bước tiến quan trọng trong công nghệ nano y sinh.

4.1. Tác động của chân đế đến hiệu suất cảm biến plasmonic

Chân đế là yếu tố thiết yếu ảnh hưởng đến hiệu suất cảm biến. Các tính chất của chân đế, như chỉ số khúc xạ và độ nhám, rất quan trọng. Chúng có thể tối ưu hóa hoặc hạn chế tương tác plasmonic. Chân đế có chỉ số khúc xạ thấp giúp giảm tổn thất ánh sáng. Độ nhám bề mặt phù hợp tạo điều kiện cho sự ghép nối plasmon. Sự sắp xếp của nanohạt trên chân đế cũng đóng vai trò. Cấu hình cạnh-cạnh có thể tạo ra các điểm nóng hiệu quả. Việc lựa chọn và thiết kế chân đế phù hợp là cần thiết. Nó giúp tối đa hóa độ nhạy và hiệu quả của các cảm biến sinh học.

4.2. Chế tạo chân đế alumina hoa f Al2O3 e Al cho Ag SiO2 NCs

Một chân đế đặc biệt đã được phát triển. Nó là alumina hình hoa trên lá nhôm khắc (f-Al2O3/e-Al). Chất nền này có độ nhám bề mặt được kiểm soát. Nó tạo ra một bề mặt lý tưởng cho nanohạt Ag@SiO2. Nanohạt tự lắp ráp theo cấu hình cạnh-cạnh. Sự sắp xếp này tối ưu hóa sự tương tác plasmonic. Chân đế f-Al2O3/e-Al cung cấp một con đường hiệu quả. Nó giúp ánh sáng laser ghép nối vào các điểm nóng plasmon. Điều này tăng cường cả tín hiệu SERS và MEPL. Việc chế tạo chân đế này mở ra khả năng mới. Nó giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của cảm biến plasmonic.

4.3. Cải thiện độ ổn định và thời gian sử dụng của chân đế cảm biến

Chân đế Ag@SiO2/f-Al2O3/e-Al cho thấy độ ổn định được cải thiện. Lớp vỏ silica siêu mỏng đóng vai trò giảm tốc độ khuếch tán oxy. Lớp điện môi Al2O3 hình hoa cũng góp phần bảo vệ. Điều này kéo dài đáng kể thời gian sử dụng của chất nền. Khả năng bảo quản lâu dài là rất quan trọng. Nó giúp giảm chi phí và tăng tính thực tiễn của công nghệ. Độ ổn định cao làm cho cảm biến plasmonic trở nên đáng tin cậy hơn. Điều này là một ưu điểm lớn trong các ứng dụng chẩn đoán phân tử. Nó đảm bảo hiệu suất nhất quán theo thời gian.

V. Ứng dụng thực tế Phát hiện biomarker không xâm lấn chi phí thấp

Công nghệ nanohạt Ag@SiO2 chức năng kép có tiềm năng ứng dụng lớn. Đặc biệt trong phát hiện biomarker không xâm lấn. Creatinine (CR) và flavin adenine dinucleotide (FAD) là những biomarker quan trọng. Chúng tồn tại trong máu và nước tiểu của con người. Việc phát hiện chúng trong nước tiểu bằng kỹ thuật SERS và MEPL không cần gắn nhãn. Điều này mở ra khả năng phân tích chi phí thấp và không xâm lấn. Đồng thời vẫn đảm bảo độ nhạy cao. Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích. Nó đơn giản hóa quy trình lấy mẫu và giảm gánh nặng cho bệnh nhân. Các cách tiếp cận được khám phá có thể phát triển thành công cụ mã hóa mạnh mẽ. Nó hỗ trợ phân tích sinh học thông lượng cao. Điều này hứa hẹn một tương lai tươi sáng cho chẩn đoán y tế.

5.1. Phát hiện Creatinine và FAD trong nước tiểu bằng SERS MEPL

Creatinine và FAD là các phân tử sinh học quan trọng. Chúng là biomarker cho nhiều tình trạng sức khỏe. Các kỹ thuật SERS và MEPL không cần gắn nhãn đã được áp dụng. Chúng cho phép phát hiện các biomarker này trong nước tiểu. Phát hiện trong nước tiểu là phương pháp không xâm lấn. Nó ít gây khó chịu cho bệnh nhân hơn so với mẫu máu. Khả năng phát hiện với độ nhạy cao giúp chẩn đoán sớm. Nó cũng giúp theo dõi hiệu quả điều trị. Đây là một bước tiến quan trọng. Nó làm cho chẩn đoán phân tử trở nên dễ tiếp cận hơn.

5.2. Tiềm năng cho phân tích sinh học thông lượng cao và chẩn đoán sớm

Các cách tiếp cận được phát triển có tiềm năng lớn. Chúng có thể trở thành công cụ mã hóa mạnh mẽ. Điều này hỗ trợ phân tích sinh học thông lượng cao. Phân tích thông lượng cao cho phép xử lý nhiều mẫu cùng lúc. Nó tăng tốc độ và hiệu quả của các nghiên cứu lâm sàng. Phát hiện biomarker không xâm lấn và chi phí thấp là mục tiêu chính. Công nghệ nano y sinh này mang lại cơ hội chẩn đoán sớm. Nó cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân. Điều này góp phần vào sự phát triển của y học cá nhân hóa.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ orientated agsio2 core shell nanocubes as dual functional plasmonic substrates for biomarker detection

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (166 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

National Taiwan University of Science and Technology Department of Chemical Engineering Ph. Dissertation Student ID: D10206814 Orientated Ag@SiO2 Core-shell Nanocubes as Dual-functional Plasmonic Substrates for Biomarker Detection Graduate Student : Nguyen Minh Kha Advisor : Prof. Bing-Joe Hwang December, 2016 Abstract The progress in fundamental biological studies of disease has been revealing a variety of new biomarkers that are difficult to be detected by traditional diagnostic tools. Interestingly, plasmonics is an ultrasensitive optical technology applicable in medical diagnostics and biological imaging sensors.

A dual-functional plasmonic substrate with a unique design that allows both the sensitive detection of photoluminescence (PL) via metal-enhanced photoluminescence (MEPL) and the specific Raman fingerprint via surface-enhanced Raman scattering (SERS) is highly desirable to improve accuracy and sensitivity in detection. This dissertation describes the role of coupling agents, spacer effects, and importance characters of various platforms for the optimum bifunctional SERS-MEPL based on Ag@SiO2 core-shell nanocube(s) [NC(s)] for urinary biomarkers detection. In this work, the Ag NCs were synthesized by the polyol method and modified, firstly with different coupling agents, such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) and 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), and secondly with tetraethylorthosilicate (TEOS). The presence of coupling agents greatly modified the Ag NC cores and manipulated the thickness and uniformity of the silica shells.

Ultrathin silica-coated Ag NCs (with a ~1.5 nm silica layer) found to have a SERS intensity 3 fold higher than synthesized Ag NCs. In comparison with MPTMS, it was found that APTMS modified Ag@SiO2 NCs improved significant SERS and MEPL enhancements. Moreover, a ‘dual functionality’ represented by the simultaneous strengthening of SERS and MEPL signals can be achieved by mixing Ag@SiO2 NCs, with a silica shell thickness of ~1. This approach allows both the Ag@SiO2 NCs SERS and MEPL sensitivities to be maintained at ~90% after 12 weeks of storage.

Additionally, it is known that interactions between substrate and plasmonic nanostructures can influence the performance of plasmonic biosensing. Therefore, in the final i approach, a substrate characterized with low refractive index and roughness was first fabricated by creating flower-like alumina on etched Al foil (f-Al2O3/e-Al). The Ag@SiO2 NCs assemble in the edge-edge configuration when they were deposited on this substrate. It is to note that the surface roughness of f-Al2O3/e-Al provides a pathway for the coupling of incident light to surface plasmon.

The Ag@SiO2/f-Al2O3/e-Al substrate exhibits a coupling efficiency of laser light sources into surface plasmon hotspots for both SERS and MEPL. Moreover, the shelf life of this substrate is significantly improved due to reduced oxygen diffusion rate by ultrathin silica spacer and flower-like Al2O3 dielectric layer. Creatinine (CR) and flavin adenine dinucleotide (FAD) are biomolecules present in human blood and urine. With the advanced label-free SERS and MEPL techniques, these biomarkers in urine are detected, and it allows cheap, non-invasive and yet sensitive analysis.

The approaches explored in this dissertation could be developed as a powerful encoding tool for high-throughput bio-analysis. Keywords: SERS; photoluminescence; Ag@SiO2 nanocubes; ultrathin shell; flower-like alumina; plasmonic coupling; edge-edge orientation; stability; dual functionality; Rhodamine 6G; urine; biomarker detection. ii Acknowledgement First and foremost, I would like to express my deep gratitude to my advisor, Prof. Bing- Joe Hwang, for giving me an opportunity to work in his group, and exploring the wonderful plasmonic nanoscale world.

He has taught me not only knowledge in research but also behavior in a new environment. The completion of this dissertation cannot be possible without his intellectual support. I could not imagine having a better advisor and mentor for my Ph. I would like to thank my sincere gratitude to all members at the Nano-electrochemistry Laboratory, Department of Chemical Engineering, National Taiwan University of Science and Technology (NTUST), who assisted me not only my study but also on many occasions.

Special thanks to Prof. Wei-Nien Su who essentially inspired me to do my best in performing my experiment as well as in writing papers. Thank you for your appreciated support, valuable encouragement and considerable recommendations. Additionally, I wish to express my appreciation to Dr.

Ching-Hsiang Chen, Dr. Chun-Jern Pan, Dr. John Rick, Dr. Meng-Che Tsai, and Dr.

Alok Mani Tripathi for giving their time and effort in evaluating my work. I have benefited from their constructive comments on my report. My sincere thanks also goes to Prof. Hongjie Dai at Stanford University for supporting and suggesting the work to improve my knowledge in the field of biochemistry.

I am thankful to the Department of Chemical Engineering and Department of Materials Science and Engineering at NTUST for their help and research facilities. Also, many thanks to the Faculty of Chemical Engineering of Ho Chi Minh University of Technology (HCMUT), Vietnam, and Office of International Affairs at NTUST for all the best things that they have offered me during my study and research. I would like to acknowledge National Taiwan University of Science and Technology for giving me the chance to improve my knowledge in the graduate school and the scholarship iii during my Ph. Also, gratefully acknowledge financial support from the Ministry of Science and Technology (MOST), and the Top University Projects of Ministry of Education (MOE).

It is my pleasure to thanks my friends at Vietnamese Student Association who made my study and stay at NTUST more colorful. Last but not least, I would like to thank my family with love and gratitude for supporting me spiritually throughout studying Ph. and my life in general. iv Table of Contents Abstract.

iii Table of Contents. v List of Figures. ix List of Tables .xvii List of Acronyms .1 Overview about plasmonic technologies.2 Statement of the problem .3 Objective of the study .4 Significance of the study .5 Structure of the dissertation.1 A brief overview of SERS and MEPL .1 Light scattering and optical properties of metals .2 Normal Raman and surface-enhanced Raman scattering .3 Photoluminescence and metal-enhanced photoluminescence .2 The major concerns related to SERS and MEPL enhancements .1 Type of metal .4 Interacting objects, gaps, and coupled plasmon resonances .3 The research on SERS-MEPL bifunctional mode.1 Solutions for the integrated SERS and MEPL .2 Applications of SERS and MEPL .4 Controlling the fabrication of nanostructures for plasmonic applications .1 General nanofabrication techniques .2 Preparation of Ag nanostructures.3 Surface coating for protection of nanostructures. Materials and Methods.2 Fabrication of the plasmonic substrates .1 Synthesis of Ag NCs .2 Synthesis of Ag@SiO2 core-shell NCs .3 Fabrication of Ag@SiO2/f-Al2O3/e-Al and Ag@SiO2/Al2O3/Al substrates .4 Preparation of artificial urine .5 Preparation of SERS and MEPL measurements .3 Characterization and measurements .2 SERS and MEPL measurements .3 Calculation enhancement factor of the substrate.

SERS and MEPL of Ag@SiO2 Nanocubes with Ultrathin Silica Shells .2 Results and discussion.1 Synthesis of Ag NCs .2 Ultra-coating silica shell for Ag NCs cores .3 The SERS and MEPL of the Ag@SiO2 NCs vs. Sensitivity and Stability of Bifunctional SERS-MEPL from the Mixture of Ag@SiO2 Nanocubes .2 Results and Discussion .1 Characterization of the Ag NCs and Ag@SiO2 NCs .2 Bifunctional SERS-MEPL activity of Ag@SiO2 NCs .3 The stability for dual SERS-MEPL activity .4 Direct label-free SERS-MEPL detection of the mixture of creatinine and flavin adenine dinucleotide. A Plasmonic Coupling Substrate Based on Ag@SiO2/f-Al2O3/e-Al for Sensitive Detection of Biomarkers in Urine .2 Results and discussion.1 Fabrication of the substrates and their characterization .2 SERS and MEPL activities of the substrates .3 Urinary biomarkers detection. Conclusion and Future Perspectives.

123 vii List of Figures Figure 1.1 Models of healthcare delivery in chronic disease management.2 The outcomes from the diagnostic process.3 Plasmonic-based technologies for versatile biosensor applications.4 A schematic illustration of the averaged EFs obtained in the visible region from different types of SERS substrates: Au, Ag and Cu, transition metals, and core-shell (transition metals @ noble metals) NPs.5 Poynting vector or energy flow (lines) around a subwavelength metallic colloid illuminated at the plasmon wavelength (left) and at a wavelength longer than the plasmon wavelength (right). The vertical lines on the left indicate the diameter of the cross sections for absorption.1 Schematic diagram representing the SPP at a metal dielectric interface.2 Schematic diagram representing the LSP.[20] The equilibrium distribution of electron cloud in a metal NP is modified in the presence of an external E-field.3 Coupled surface plasmon modes (a) propagating along a thin metallic film and (b) formed by the Bragg scattering on periodically modulated surface.4 The optical path schematic of a Raman system.5 Energy-level diagram for Rayleigh, Raman and resonance-Raman scattering. S0 and S1 are the singlet electronic ground and first excited states.6 Raman peak shift ranges for organic bonds.7 Jablonski energy-level diagram for absorption and PL. Quenching represents a non- radiative decay process.8 Free-space emission.9 Simplified Jablonski diagram for a fluorophore in absence of (top) and in presence of (bottom) a metal.10 Plasmon controlled emission.11 Schematic representation of the relative intensities of fluorescence and SERS for molecules at different distances from a metal surface.12 A simplified periodic table of the elements.

The part marked in black are ‘free- electron metals’ and those marked in grey are transition metals.13 Plot of the (A) real, εr , and (B) imaginary, εi, components of the dielectric function of Ag, Au, and Si as a function of wavelength.14 Dielectric constants of Ag and Pt.15 Quality factor of the LSPR for a metal/air interface. The shaded area represents the region of interest for many plasmonic applications.16 Extinction (black), absorption (red), and scattering (blue) spectra calculated for Ag nanoparticles of different shapes: (A) a sphere, (B) a cube, (C) a tetrahedron, and (D) an octahedron.17 (a) Gap width dependence of the SERS intensity normalized by extinction values at the incident laser wavelength and Raman scattering wavelength; and (b)-(d) The gap width dependence of the averaged enhancement factor by multiplying FDTD intensity maps monitored at the incident laser wavelength by the map monitored at the Raman scattering wavelength.18 The synthesis procedures of AuNRs functionalized for both SERS and MEPL. DSPE = 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine, PEG = poly(ethylene glycol), and OTMS = octadecyltrimethoxysilane.19 MEPL, SERS and bright field images of the precipitates acquired from: (A)-(C) the goat anti-human IgG immobilized nanoprobes and magnetic nanobeads (MBs) x mixed with human, mouse or bovine IgG molecules; and (B)-(D) the goat anti- mouse IgG immobilized nanoprobes and MBs mixed with mouse, human or bovine IgG molecules.20 Schematic illustration of real-time multiplexed imaging using the FRES.[142] (A) The mode of dual modal detection with fluorescence and Raman scattering. (B) Illustration of the in vivo multiplexed molecular imaging procedure.22 Polyol method for synthesizing Ag nanostructures.

In (A) the reduction of Ag+ ions by ethylene glycol leads to the formation of nuclei that are highly volatile. These seeds are then grown into different nanostructures like (B) spheres, (C) cubes, (D) truncated cubes, (E) right bipryamids, (F) bars, (G) spheroids, (H) triangular plates, and (I) wires.23 Strategies for surface-coating SERS tags include coating with (A) denatured BSA, (B) SH-PEG, (C) amphiphilic diblock copolymer, (D) liposome, and (E-H) silica shells via different encapsulation routes.1 Schematic illustration of Ag NCs synthesis.2 Schematic illustration of Ag@SiO2 core-shell nanocube preparation.3 Schematic diagram for the preparation and chemical structures of the Ag@SiO2/f- Al2O3/e-Al substrate.1 Characterizations of Ag NCs with different reaction times. (A)-(D) SEM images; (E) Uv-vis spectra; and (F) Linear relationship of maximum wavelength absorbance and edge length of Ag NCs.2 Raman spectra with the excitation laser 532 nm of: (A) silicon wafer and 0.1 M R6G on a silicon substrate (10 times); (B) SERS intensity and (C) SERS EF of Ag NCs from various reaction times (excitation laser 532 nm). (B) XRD pattern of Ag NCs – CB 72R mixture.4 Calibration curve of standard Ag+ solution.5 UV-Vis spectra of: (a) Ag NCs and Ag@SiO2 NCs prepared by adding different chemicals ((b) 1mM MPTMS and 1mM TEOS, (c) 1mM TEOS, (d) 1mM MPTMS, and (e) 1mM APTMS and 1mM TEOS, respectively).

The inset is the UV-Vis spectra, expanded in the range 454 nm to 466 nm.6 TEM images of Ag@SiO2 NCs prepared by adding different chemicals: (A) 1mM MPTMS and 1mM TEOS, (B) 1mM TEOS, (C) 1mM MPTMS, and (D) 1mM APTMS and 1mM TEOS, respectively.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nanocubes AgSiO2 core-shell định hướng. Nền plasmonic kép cho phát hiện dấu ấn sinh học chính xác, hiệu quả.

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại National Taiwan University of Science and Technology. Năm bảo vệ: 2016.

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" thuộc chuyên ngành Chemical Engineering. Danh mục: Kỹ Thuật Y Học.

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" có bao nhiêu trang?

Luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" có 166 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Dual-Functional Ag@SiO2 Nanocubes for Biomarker Detection" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter