Study of SERS-Active substrates for low-concentration detection

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dc.contributor.advisorRaniero, Leandro José
dc.contributor.authorMurcia Correa, Luz Stefany
dc.contributor.event2São José dos Campos
dc.contributor.refereeDors Junior, Oli Luiz
dc.contributor.refereeOliveira Filho, Irapuan Rodrigues de
dc.contributor.refereeHerreño Fierro, Cesar Aurelio
dc.contributor.refereeEspírito Santo, Ana Maria do
dc.date.accessioned2024-03-14T12:37:14Z
dc.date.available2024-03-14T12:37:14Z
dc.date.issued2023-08-31
dc.description.abstractSurface-enhanced Raman scattering (SERS) is a highly efficient technique due to its ability to detect several analytes at low concentrations, such as proteins, pesticides, heavy metals, environmental monitoring, food safety, biochemical sensing, and others. One of the most critical applications of SERS detection is herbicides. Glyphosate (GLP) is the herbicide with the highest global commercialization, and historical use (NOVOTNY, 2022; MARTINS-GOMES et al., 2022). Even though numerous studies have found the substance harmless, current research demonstrates that GLP might affect human health (RIVAS-GARCIA et al., 2022). For this reason, researchers are concentrating on alterna- tives for analytical quantification, such as SERS. In this work, DVD-R@AgNPs and PSi@AgNPs SERS-actives substrates were produced by the Cathodic Cage Plasma Deposition (CCPD) technique, which allowed a thin film layer deposition of silver nanoparticles (AgNPs) on the polycarbonate (PC) grating structure from Digital Video/Versatile Disc Recordable (DVD-R) and on the porous silicon (PSi) structure. Scanning Electron Microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy was used to characterize the substrates and chemical changes on the surfaces after AgNPs de- position. DVD-R@AgNPs and PSi@AgNPs substrates were used to detect standard crystal violet (CV), standard GLP, and RoundupTM GLP (GLP-RU) using Raman Spectroscopy measurements. The CV was used as a control dye molecule to calculate the enhance- ment factors, which value was in the order of ~105 for both substrates. To evaluate the efficiency of the SERS substrates, the analytes limit of detection was calculated. For DVD-R@AgNPs, the lowest concentration detected was ~10-10 M for CV, 10-7 and 10-8 M for GLP and 10-6 M for GLP-RU. While for PSi@AgNPs, ~10-12 M for CV and 10-2 M for GLP-RU were the lowest concentrations obtained. Despite this value, PSi@AgNPs is a good SERS platform for AgNPs deposition, via CCPD, and it needs to enhance the sensitivity for herbicide traces detection as GLP-RU. Accordingly, the DVD-R@AgNPs SERS sensor is a low-cost and promising substrate that analyzes traces of commercial GLP, demonstrating high SERS sensitivities.
dc.description.abstract2O espalhamento Raman aprimorado por superfície (SERS) é uma técnica altamente eficiente devido à sua capacidade de detectar diversos analitos em baixas concentrações, como proteínas, pesticidas, íons de metais pesados, monitoramento ambiental, segurança alimentar, sensoriamento bioquímico, entre outros. Uma das aplicações mais críticas de detecção via SERS são os herbicidas. O glifosato (GLP) é o herbicida com maior co- mercialização global e uso histórico (NOVOTNY, 2022; MARTINS-GOMES et al., 2022). Embora numerosos estudos tenham considerado a substância inofensiva, pesquisas atuais demonstram que o GLP pode afetar a saúde humana (RIVAS-GARCIA et al., 2022), por isso, os pesquisadores estão se concentrando em alternativas de quantificação analítica, como o SERS. Neste trabalho, substratos SERS-ativos de DVD-R@AgNPs e PSi@AgNPs foram produzi- dos pela técnica de Deposição de Plasma em Gaiola Catódica (CCPD), que permitiu a deposição de uma fina camada de nanopartículas de prata (AgNPs) na estrutura de grade do policarbonato (PC) de Video Digital/disco versátil gravável (DVD-R) e na estrutura de silício poroso (PSi). A Microscopia Eletrônica de Varredura com espectroscopia de energia dispersiva de raios X foi utilizada para caracterizar os substratos e as mudanças químicas nas superfícies após a deposição de AgNPs. Os substratos DVD-R@AgNPs e PSi@AgNPs foram usados para detectar cristal violeta padrão (CV), GLP padrão e RoundupTM GLP (GLP-RU) por meio da espectroscopia Raman. O CV foi usado como uma molécula de controle para calcular os fatores de melhora dos substratos, que foram da ordem de ~105. Para avaliar a eficiência dos substratos SERS, o limite de detecção dos analitos foi calculado. O substrato DVD-R@AgNPs apresenta valores de ~10-10 M para CV, 10-7 e 10-8 M para GLP e 10-6 M para GLP-RU. Enquanto o substrato PSi@AgNPs apresenta valores de ~10-12 M para CV e 10-2 M para GLP-RU. Apesar desse valor, PSi@AgNPs é uma boa plataforma SERS para deposição de AgNPs, via CCPD, e precisa melhorar a sensibilidade para detecção de traços de herbicidas como GLP-RU. Assim, o sensor DVD-R@AgNPs SERS é um substrato promissor e de baixo custo que analisa traços de GLP comercial, demonstrando altas sensibilidades SERS.
dc.description.physical124 f.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.uriProcesso número 88887.342124/2019-00
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade Federal de São Paulo
dc.identifier.bibliographicCitation2CORREA, Luz Stefany Murcia. Study of SERS-Active substrates for low-concentration detection. São José dos Campos, SP, 2023. 122 f.; PDF Tese (Doutorado em Física e Astronomia) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São José dos Campos, 2023.
dc.identifier.urihttps://repositorio.univap.br/handle/123456789/352
dc.language.isoen_US
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsUnivap
dc.publisher.institutionUniversidade do Vale so Paraíba
dc.publisher.programDoutorado em Física e Astronomia
dc.publisher.spatialSão José dos Campos
dc.subject.keywordNanoparticles
dc.subject.keywordSilver nanoparticles
dc.subject.keywordSurface-enhanced Raman scattering
dc.subject.keywordFísica do estado sólido
dc.titleStudy of SERS-Active substrates for low-concentration detection
dc.title.alternativeEstudo de substratos SERS-ativos para detecção de baixa concentração
dc.typeTese

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