Advanced nanostructures for photonic biosensors

Abstract

Aquesta tesi va explorar els substrats SERS basats en NAA adornats amb nanopartícules d'or i plata, obtenint millores significatives en l'amplificació, sensibilitat i reproductibilitat del senyal Raman. L'aplicació combinada de NAA i PMMA va proporcionar una solució eficaç per a la fabricació de substrats, assegurant tant la resistència mecànica com el rendiment òptic en aplicacions de biodetecció. Les troballes posen de manifest l'eficàcia dels substrats basats en NAA com a plataformes òptimes per a la detecció de SERS, especialment en aplicacions de detecció química i biològica. L'aplicació de la decoració de nanopartícules metàl·liques intensifica el camp electromagnètic local i, per tant, augmenta considerablement el senyal. La configuració dels porus organitzats i les concavitats d'alumini de NAA creen molts punts calents per a una detecció millorada d'analits. Aquests substrats demostren aplicacions prospectives en diagnòstic clínic, monitoratge ambiental, seguretat alimentària i altres camps que requereixen la detecció precisa d'anàlits de baixa concentració. L'estudi proporciona coneixements crítics sobre els mecanismes de millora essencials en SERS, especialment pel que fa a la influència de la mida, la forma i la dispersió de les nanopartícules, així com l'efecte de l'estructura nanoporosa de la NAA. L'estudi futur es pot centrar a millorar el mètode de deposició de nanopartícules, explorar altres materials per a la producció de substrats i aplicar aquests substrats SERS en aplicacions reals de biodetecció.

Esta tesis exploró los sustratos SERS basados ​​en NAA adornados con nanopartículas de oro y plata, produciendo mejoras significativas en la amplificación de la señal Raman, la sensibilidad y la reproducibilidad. La aplicación combinada de NAA y PMMA proporcionó una solución eficaz para la fabricación de sustratos, asegurando tanto la resistencia mecánica como el rendimiento óptico en aplicaciones de biodetección. Los hallazgos destacan la eficacia de los sustratos basados ​​en NAA como plataformas óptimas para la detección SERS, particularmente en aplicaciones de detección química y biológica. La aplicación de la decoración con nanopartículas metálicas intensifica el campo electromagnético local, lo que aumenta considerablemente la señal. La configuración organizada de poros y las concavidades de aluminio de NAA crean muchos puntos calientes para una mejor detección de analitos. Estos sustratos demuestran aplicaciones prospectivas en diagnósticos clínicos, monitoreo ambiental, seguridad alimentaria y otros campos que requieren la detección precisa de analitos de baja concentración. El estudio proporciona información crítica sobre los mecanismos de mejora esenciales en SERS, particularmente en lo que respecta a la influencia del tamaño, la forma y la dispersión de las nanopartículas, así como el efecto de la estructura nanoporosa de NAA. Los estudios futuros pueden centrarse en mejorar el método de deposición de nanopartículas, explorar otros materiales para la producción de sustratos y aplicar estos sustratos SERS en aplicaciones de biosensores reales.

This thesis explored the NAA-based SERS substrates adorned with gold and silver nanoparticles, yielding significant improvements in Raman signal amplification, sensitivity, and reproducibility. The combined application of NAA and PMMA provided an effective solution for substrate fabrication, ensuring both mechanical strength and optical performance in biosensing applications. The findings highlight the effectiveness of NAA-based substrates as optimal platforms for SERS detection, particularly in chemical and biological sensing applications. The application of metal nanoparticle decoration intensifies the local electromagnetic field, hence considerably increasing the signal. The organized pore configuration and aluminum concavities of NAA create many hotspots for enhanced analyte detection. These substrates demonstrate prospective applications in clinical diagnostics, environmental monitoring, food safety, and other fields requiring the precise detection of low-concentration analytes. The study provides critical insights into the essential enhancement mechanisms in SERS, particularly concerning the influence of nanoparticle size, shape, and dispersion, as well as the effect of NAA's nanoporous structure. Future study may focus on improving the nanoparticle deposition method, exploring other materials for substrate production, and applying these SERS substrates in actual biosensing applications.