Synthesis and physico-chemical evaluation of gold nanoflowers (AuNFs) as new substrates for bioanalytical SERS
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Abstract EN:
A huge attention is paid on anisotropic gold metal nanostructures (AuNFs) because of the unique properties they can provide in various fields, in particular the biomedical applications. We are trying to control their optical properties related to the collective oscillations of surface electrons called plasmons. They have a localized surface plasmon resonance band (LSPR) located in the red - near infrared (> 600 nm). Their ability to interact with red light - near IR (optical biological window) makes them interesting as optical and optoacoustic imaging agents. In the specific case of the surface-enhanced Raman scattering (SERS), AuNFs are able to provide enhancement zones called "hot spots" in the junctions between their petals. Thus, they can be used as SERS substrates without the need to be aggregated, unlike for gold nanospheres. The protocol to synthesize AuNFs that we developed is fast, in one-step and uses only a small number of known reagents that are low or non-toxic. In addition, our protocol allows us to tune the characteristics of the AuNFs such as their size and the position of their LSPR band, between 600 and 900 nm. In order to guarantee their colloidal stability in various media, we have coated our AuNFs with biocompatible polymers (alginates, chitosan, Pluronics, PVP and PEG) or encapsulated them in a silica matrix. Colloidal substrates based on these AuNFs coated with biocompatible envelopes have thus shown their potential to provide the SERS effect without aggregation and allow the ultra-sensitive analysis of small chromophores (such as Nile Blue). In addition, our results show that these new substrates are able to deliver a cargo of molecules to the cancer cells. Thus, they seem promising as theranostic agents, applicable not only in SERS, but also in optical or optoacoustic imaging and therapy.
Abstract FR:
Un immense intérêt est porté sur les nanostructures métalliques anisotropes d’or (AuNFs) qui s’explique par les propriétés uniques qu’elles procurent et qui peuvent servir dans divers domaines, notamment dans le biomédicale. On cherche à maitriser leurs propriétés optiques liées aux oscillations collectives d’électrons de surface appelées plasmons. Elles possèdent une bande de résonance plasmonique localisée de surface (LSPR, comme localized surface plasmon resonance) située dans le rouge - proche infrarouge (> 600 nm). Leur capacité d’interagir avec la lumière rouge - proche IR (fenêtre optique biologique) les rend intéressantes en tant qu’agent d’imagerie optique et opto-acoustique. Dans le cas particulier de la diffusion Raman exaltée de surface (SERS, comme surface-enhanced Raman scattering), les AuNFs sont capables de procurer les zones d’exaltation appelées « hot spots » dans les jonctions entre leurs pétales. Ainsi, on peut les utiliser comme substrat SERS sans avoir besoin de les agréger, à la différence des nanosphères d’or. Le protocole de synthèse des AuNFs que nous avons développé est rapide, en une seule étape et n’utilise qu’un nombre réduit de réactifs connus qui sont peu ou pas toxiques. De plus, notre protocole permet de contrôler les caractéristiques des AuNFs telles que leur taille et la position de leur bande LSPR, entre 600 et 900 nm. Afin de garantir une stabilité colloïdale dans des milieux divers, nous avons enrobé nos AuNFs avec des polymères biocompatibles (alginates, chitosan, Pluronics, PVP et PEG) ou les avons encapsulées dans une matrice de silice. Les substrats colloïdaux à base de ces AuNFs enrobées d’enveloppes biocompatibles ont ainsi montré leur potentiel pour procurer l’effet SERS sans agrégation et permettre l’analyse ultrasensible de petits chromophores (comme le Bleu de Nil). De plus, nos résultats montrent que ces nouveaux substrats sont capables de délivrer une charge de molécules dans des cellules cancéreuses. Ainsi, ils semblent prometteurs en tant qu’agents théranostiques, applicables non seulement en SERS, mais également en imagerie optique ou opto-acoustique et en thérapie.