Plataformas ópticas nanoestruturadas para sensoriamento químico e biológico

Abstract

A detecção confiável de espécies biológicas e químicas em meios aquosos complexos permanece um desafio na ciência analítica, uma vez que interferências da matriz podem comprometer a estabilidade, a reprodutibilidade e a interpretação do sinal. Esta tese aborda esse problema por meio do desenvolvimento de duas plataformas ópticas nanoestruturadas baseadas em mecanismos distintos de transdução: luminescência por conversão ascendente e espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS). A primeira plataforma foi baseada em nanopartículas de conversão ascendente dopadas com lantanídeos (UCNPs), funcionalizadas e organizadas em filmes multicamadas Layer-by-Layer para a detecção de Escherichia coli em meio aquoso. A arquitetura planar permitiu integrar as propriedades fotofísicas das UCNPs a uma interface de reconhecimento biológico. Os resultados mostraram que a resposta luminescente depende não apenas das propriedades emissivas das nanopartículas, mas também de sua funcionalização, imobilização e acessibilidade no filme, estabelecendo uma prova de conceito para o sensoriamento bacteriano. A segunda plataforma consistiu em uma sonda SERS integrada à fibra óptica e funcionalizada com uma arquitetura plasmônica hierárquica para a detecção quantitativa de pequenas moléculas orgânicas em líquidos biologicamente complexos. A combinação entre nanoestruturação e integração à fibra permitiu realizar excitação e coleta localizadas, reduzir interferências associadas ao fouling e regenerar in situ a interface sensora. Essa configuração possibilitou o uso repetido da mesma sonda e favoreceu medições diretas em meios líquidos, com maior controle da variabilidade do sinal. Em conjunto, os resultados demonstram que uma resposta analítica confiável depende da integração entre material ativo, organização interfacial e configuração óptica. Assim, esta tese apresenta duas estratégias de engenharia de plataformas nanoestruturadas aplicadas ao sensoriamento biológico e químico em meios aquosos complexos.