SPR biosensors based on gold and silver nanoparticle multilayer films

Abstract

Filmes em multicamadas de nanopartículas de ouro e prata foram utilizados para o desenvolvimento de um sensor plasmônico para detecção de ligações entre moléculas orgânicas e/ou com atividade biológicas. A sensibilidade a eventos de ligação é relacionada a deslocamentos energéticos da ressonância de plasmon de superfície nos filmes de nanopartículas metálicas. Quando aplicado como sensor de bulk (sensibilidade às mudanças no índice de refração do meio em contato com a superfície do metal), a sensibilidade foi ca. 220 ± 33 nm RIU-1 para filmes de nanopartículas de ouro e 140 ± 10 nm RIU-1 para filmes de nanopartículas de prata. Na aplicação como sensor de superfície (sensibilidade às mudanças no índice de refração efetivo, devido às adsorções na superfície do metal) para detecção de moléculas biológicas, o sensor mostrou-se eficiente na detecção da proteína estreptavidina, através da sua interação por bioafinidade com biotina. As principais vantagens relacionadas com o biossensor plasmônico desenvolvido neste trabalho consistem na simplicidade e baixo custo da metodologia utilizada, quando comparada com outras amostras, como as fabricadas por feixe de íons focado (FIB). Adicionalmente, o biossensor desenvolvido apresentou sensibilidade semelhante à de matrizes de nanoburacos e de grades de relevo, permitindo, como nestes casos, que a detecção seja feita através de medidas em tempo real.

Gold and silver nanoparticle multilayer films were used for the development of a plasmonic sensor, applied to detect surface binding of organic and/or biological molecules. The sensitivity to binding events is related to energetic shifts of the surface plasmon resonance on the film. When applied as a bulk sensor (sensitivity to changes on refractive index of the medium in contact with the metal surface), the sensitivity was found to be ca. 220 ± 33 nm RIU-1 for gold and ca. 140 ± 10 nm RIU-1 for silver nanoparticles. The systems were also found efficient as surface biosensors (sensitivity to changes on the effective refractive index due to adsorptions on the metal surface) detecting the surface binding of biotin-streptavidin protein system. The main advantage of the plasmonic biosensor developed in this work is the use of a very simple and low cost methodology when compared to fancier approaches, such as the ones using focused ion beam and surface relief gratings, although presenting similar sensitivity, and allowing, as for these cases, real-time measurements.