Desenvolvimento de superfícies plasmônicas para diagnóstico diferencial de câncer de endométrio

Abstract

A Espectroscopia Raman Intensificada por Superfície (SERS) possibilita um aumento significativo do espalhamento Raman por meio da interação do campo eletromagnético com os plasmons de superfície. Atualmente, existe um grande interesse biomolecular pelas superfícies SERS, visto que essas se mostram eficientes na identificação de substâncias. Este trabalho descreve a preparação de solução coloidal de prata, bem como a sua caracterização espectral para posterior utilização na fabricação de superfície SERS. A síntese da solução coloide seguiu o método de redução química, utilizando AgNO3 e excesso de NaBH4. As nanopartículas sintetizadas apresentaram um máximo de absorção em 392 nm com pico em formato gaussiano, as imagens MEV confirmaram a formação de partículas esféricas com tamanhos de 30±5 nm. As nanopartículas de prata (AgNPs) foram utilizadas na formação de filmes finos de prata sobre slides de vidro com o objetivo de produzir substratos plasmônicos. Esses materiais apresentaram formação de filmes de AgNPs, verificados visualmente e principalmente a partir de medidas de absorção dos substratos onde observou-se picos característicos de filme de AgNP com comprimento de onda máximo em torno de 503 nm. A possibilidade de aplicação destes substratos produzidos como substratos SERS (Espectroscopia Raman intensificada por superfície) ativo, foi avaliada utilizando diferentes concentrações de solução de azul de metileno. Foi observado a banda característica do AM até para concentrações de 10-8 mol/L, confirmando sua eficiência enquanto substrato SERS ativo. Os substratos foram testados como superfícies SERS para análise de amostras de sangue no diagnóstico diferencial de câncer de endométrio. Analisou-se 11 amostras de pacientes pertencentes ao grupo de controle e 12 amostras de pacientes diagnosticadas com câncer de endométrio. A identificação e diferenciação das amostras foi realizada por meio das bandas consideradas características de cada composto. Os espectros apresentaram bastante informação vibracional e, embora, algumas regiões espectrais fossem visualmente semelhantes, o uso da análise quimiométrica foi indispensável para uma melhor diferenciação entre as amostras. Dessa forma, aliamos os resultados SERS com métodos quimiométricos objetivando classificar entre as amostras do grupo controle e do grupo com câncer de endométrio. Para a classificação dos dados foi utilizado o algoritmo das projeções sucessivas (SPA) combinado com análise canônica de Fisher (CVA) fornecendo uma boa discriminação entre os grupos, com 84 % das amostras sendo distinguidas corretamente. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram a eficiência de substratos nanoestruturados na intensificação dos sinais Raman.

Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) enables a significant increase in Raman scattering through the interaction of the electromagnetic field with surface plasmons. Currently, there is great biomolecular interest in SERS surfaces, as they have proven efficient in the identification of substances. This work describes the preparation of a silver colloidal solution, as well as its spectral characterization for subsequent use in the fabrication of SERS surfaces. The synthesis of the colloidal solution followed the chemical reduction method, using AgNO3 and excess NaBH4. The synthesized nanoparticles exhibited a maximum absorption at 392 nm with a Gaussian-shaped peak, and MEV images confirmed the formation of spherical particles with sizes of 30±5 nm. The silver nanoparticles (AgNPs) were used to form thin silver films on glass slides to produce plasmonic substrates. These materials showed the formation of AgNP films, visually verified and mainly confirmed by absorption measurements of the substrates, where characteristic peaks of the AgNP film were observed with a maximum wavelength around 503 nm. The potential application of these substrates as active SERS substrates was evaluated using different concentrations of methylene blue solution. The characteristic AM band was observed even at concentrations of 10-8 mol/L, confirming its efficiency as an active SERS substrate. The substrates were tested as SERS surfaces for the analysis of blood samples in the differential diagnosis of endometrial cancer. Eleven samples from patients in the control group and twelve samples from patients diagnosed with endometrial cancer were analyzed. The identification and differentiation of the samples were carried out through the bands considered characteristic of each compound. The spectra provided substantial vibrational information, and although some spectral regions were visually similar, the use of chemometric analysis was essential for better differentiation between the samples. Thus, we combined SERS results with chemometric methods to classify between the control group samples and the endometrial cancer group samples. The data classification was performed using the Successive Projections Algorithm (SPA) combined with Canonical Variate Analysis (CVA), providing good discrimination between the groups, with 84% of the samples correctly distinguished. The results obtained in this study demonstrate the efficiency of nanostructured substrates in enhancing Raman signals.