Shape Dependency in Functionalization of Gold Nanoparticles for Biosensing Applications

Abstract

Covid-19 pandemien har demonstrert nødvendigheten av billige, robuste og sensitive biosensorer. Gull-nanopartikler av anisotrope former har unike optiske egenskaper, og har derfor potensiale til å radikalt forbedre dagens biosensor teknologi. For å fremstille slike partikler står «Seed mediated growth» frem som en anerkjent og effektiv metode. Dessverre har de fremstilte partiklene CTAB på overflaten, noe som gir utfordringer med stabilitet i anvendelser. Nanopartiklene må derfor funksjonaliseres videre. Bedre forståelse av hvordan overflate-funksjonalisering endrer egenskapene til gull nanopartikler, og utvikling av robuste og effektive metoder for overflate-funksjonalisering er derfor viktig for fremskritt i biosensor teknologi. Hovedmålet i denne masteroppgaven er å bidra til forståelsen av overflate funksjonalisering av CTAB-belagte Gull-Nanopartikler, og spesielt undersøke om funksjonaliseringen avhenger av formen til partiklene.

Først ble fire gull-nanopartikler prøver fremstilt og karakterisert ved å bruke «CTAB-mediated seeded growth synthesis route». I tillegg ble en citrate-belagt fire gull-nanopartikler prøve fremstil ved Turkeivch metode. Deretter ble karakterisering av konsentrasjon med metodene MP-AES, Zetaview og UV-vis studert. Ulike måleenheter for konsentrasjons kan være en forbedret måte å tilpasse overflate funksjonaliserings protokoller til nye nanopartikkel prøver. MP-AES viste et maksimalt standard avvik på 0.01 mg/ml, og oppløsningen var begrenset av polydisersitet og inhomogene dispersjoner i prøvene. UV-Vis kunne brukes til å måle konsentrasjon når nanopartiklene hadde lik størrelse og overflatekjemi.

Hydrodynamisk diameter er et praktisk verktøy for å overvåke hvordan overflatekjemien endrer seg. En robust protokoll for reproduserbare målinger av anisotrope gull nanopartikler var derfor av interesse. To stavformede nanopartikkel prøver ble derfor målt ved ulike fortynninger og deteksjonsvinkler, og studien konkluderte med surfaktant stabiliserte nanopartikler bør måles med lavest mulig fortynningsfaktor for mest mulig reproduserbare målinger.

En to trinns protokoll for PEG and MUA overfalte funksjonalisering ble optimalisert ved å bruke stavformede gull nanopartikler. Målet var å erstatte CTABen på overflaten med PEG. Den høyeste effektiviteten ble funnet ved bruk av 2.56 mg/ml PEG og 20 mM MUA. Denne protokollen ble anvendt på de fem gull nanopartiklene. Det ble ikke påvist noen avhengighet til form. Oppgaven diskuterer om det er mulig å ta bedre vare på de optiske «LSPR»-egenskapene til prøvene, eller om uhomogen overflate funksjonalisering, økt størrelse og polydispersitet gjør dette umulig. Videre studier av stabilitet, reaktiviteten til karboksylgruppene og sonikerings metoder ble foreslått.

Til slutt ble biotin bundet til de funksjonaliserte gull nanopartiklene, og testet i et modell biosensor system med streptavidin. Runde gullnanopartikler viste ingen tegn til aggregering ved økende mengder streptavidin. Til forskjell viste stavformede nanopartikler et maksimalt rødskift på 13 nm i den longitudinale «LSPR-peak»-en ved 75 nM streptavidin. Dette indikerer at modell biosensor systemet kan bli et verdifullt verktøy for testing av refraktiv indeks sensitivitet for karboksyl funksjonaliserte gull nanopartikler. Resultatene i studien tilsa at forbedring av partiklenes stabilitet i buffer bør være hovedfokuset i videre utvikling. Dette bør inneholde forskning på bindingsstyrken av PEG og MUA til gull-nanopartiklene.