Titelaufnahme

Titel
Optimized particle plasmons for bio-sensing / vorgelegt von Verena Leitgeb
Verfasser/ VerfasserinLeitgeb, Verena
Begutachter / BegutachterinLeitner, Alfred
ErschienenGraz, November 2015
Umfang112 Seiten : Zusammenfassungen ; Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2015
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher und in englischer Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-94311 Persistent Identifier (URN)
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Optimized particle plasmons for bio-sensing [6.95 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Plasmonische Nanopartikel ermöglichen die Detektion einzelner nanoskaliger Objekte (z.B. Biomoleküle), indem sie Änderungen im lokalen Brechungsindex in eine Verschiebung der spektralen plasmonischen Resonanz überführen. Durch eine hohe Lokalisierung ihres Sensoreffekts eröffnen sie neue Möglichkeiten für ortspezifische Sensorkonzepte. In der vorliegenden Arbeit wird eine dreidimensionale Charakterisierung der Brechungsindex-Sensitivität plasmonischer Partikel durchgeführt. Ein örtlich aufgelöstes Profil der Sensitivität von Nanoscheibchen und Nanostäbchen wird durch kontrollierte Positionierung nm-kleiner dielektrischer Teilchen an ausgesuchten Stellen der Partikel mithilfe eines zweistufigen Elektronstrahllithographieverfahrens erzielt. Die durch Aufzeichnung der teilcheninduzierten spektralen Verschiebungen erhaltenen Sensitivitätsprofile stehen in ausgezeichneter Übereinstimmung mit numerischen Simulationen.Basierend auf den Sensitivitätsprofilen der Partikel werden sensitive und räumlich homogene plasmonische Sensoren durch selektives Maskieren ausgesuchter Partikelstellen hergestellt. Durch kappenartiges Abdecken von Nanoscheibchen mit einer dielektrischen Schicht und Maskierung von Nanostäbchen mit Polymer-Streifen kann der Analyt-Zugang auf die sensitiven Ränder der Scheibchen bzw. Enden der Stäbchen beschränkt werden. Es zeigt sich eine überraschend hohe Effektivität der maskierten Partikel, da diese mit nur einem Bruchteil der zugänglichen Oberfläche beinahe dieselbe optische Reaktion wie unmaskierte Partikel aufweisen.Die Sensitivität plasmonischer Partikel auf Anlagerung und Bindung organischer Dünnfilme wird mithilfe Thrombin bindender Aptamere untersucht. Das Vergleichen der optischen Reaktion von maskierten und unmaskierten Nanoscheibchen liefert wertvolle Einsichten in molekulares Bindungsverhalten und zeigt auf, wie inhomogene Sensorflächen Bindungsdynamiken beeinflussen können.

Zusammenfassung (Englisch)

Plasmonic nanoparticles allow the sensing of single nanoscale objects (e.g., biomolecules) by transducing changes in the local refractive index into spectral plasmon resonance shifts. Due to the rapid spatial decay of the nanoparticle optical near field into the surrounding medium plasmonic particles imply a high localization of the sensor effect, thus opening the possibility of location-specific sensor concepts.In this thesis an experimental three dimensional characterization of the refractive index sensitivity of plasmonic gold particles is performed. A locally resolved refractive index sensitivity profile of nanodisks and nanorods is obtained by controlled apposition of nm-small dielectric dots to selected particle sites in a two-step electron beam lithography process. Measured sensitivity profiles obtained from tracking the dot-induced spectral shift of the plasmon modes are in excellent agreement with numerical simulation. A locally resolved study of the sensitivity decay normal to the particle surface is accomplished by deposition of nm-thin dielectric films to selected particle sites.Based on the particle sensitivity profiles, sensitive and spatially uniform plasmonic sensors are tailored by masking selected nanoparticle sites. By capping nanodisks with a dielectric layer and masking nanorods with polymer stripes, analyte access is restricted to the sensitive disk rim and rod tips, respectively. A surprisingly high effectivity of masked particles is shown as they give nearly the same optical response as bare particles although having only a fraction of accessible surface.The sensitivity of plasmonic particles upon deposition and binding of organic thin-films is studied utilizing thrombin binding aptamers. Comparing the optical response of bare and top masked nanodisks provides valuable insights into molecular binding behaviour and shows how inhomogeneous sensor surfaces can affect binding dynamics.

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