Optical responses of biomolecules on regular metal plasmonic nanostructures

• Thesis title in Czech: Optické odezvy biomolekul na pravidelných kovových plasmonických nanostrukturách
• Thesis title in English: Optical responses of biomolecules on regular metal plasmonic nanostructures
• Key words: Povrchem zesílený Ramanův rozptyl, biomolekuly, povrchem zesílená fluorescence, nanoostrůvky, nanotyčky
• English key words: Surface-enhanced Raman scattering, biomolecules, surface-enhanced fluorescence, nanoislands, nanorods
• Academic year of topic announcement: 2014/2015
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 26.09.2014
• Date of assignment: 26.09.2014
• Confirmed by Study dept. on: 23.01.2015
• Date and time of defence: 01.04.2019 14:00
• Date of electronic submission: 20.12.2018
• Date of submission of printed version: 20.10.2018
• Date of proceeded defence: 01.04.2019
• Opponents: RNDr. Mgr. Martin Michl, Ph.D.
• Advisors: prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.

Guidelines

1. Vypracovat rešerši aktuálního stavu poznání.
2. Seznámit se s přípravou pravidelných kovových plasmonických nanosubstrátů.
3. Zvládnout obsluhu Ramanova spektrometru a Ramanova mikrospektrometru.
4. Proměřit optické odezvy (extinkce, transmise, reflektivita, rozptyl) testovacích systémů kovový povrch/biomolekula včetně směrových a polarizačních charakteristik.
5. Navrhnout a otestovat vhodné systémy kovový povrch/biomolekula pro povrchem zesílené spektroskopické techniky s ohledem na citlivost a reprodukovatelnost.

References

1.E.C. Le Ru, P.G. Etchegoin, Principles of surface enhanced Raman spectroscopy and related plasmonic effects, Elsevier, Amsterdam, 2009.
2.Surface-enhanced Raman scattering: physics and applications, Top. Appl. Phys. 103, (K. Kneipp, M. Moskovits, H. Kneipp eds.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
3.S.A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and applications. New York: Springer Science + Business Media LLC, 2007.
4.Surface enhanced Raman spectroscopy: Analytical, biophysical and life science applications, (S. Schlücker, ed.), Wiley-WCH, Weinheim, 2010.
5.Vybraný soubor původních prací.

Preliminary scope of work

Adsorpce molekul na kovové (především stříbrné a zlaté) nanostruktury vede k výraznému zesílení řady optických procesů, jako je Ramanův rozptyl (povrchem zesílený Ramanův rozptyl -SERS), fluorescence (povrchem zesílená fluorescence – SEF) a absorpce (povrchem zesílená infračervená absorpce – SEIRA). Nejnovější trendy rozvoje těchto technik zahrnují detekční, analytické a biosenzorické aplikace.
Cílem této metodické práce je otestovat různé pevné kovové nanostruktury pro zesílené optické procesy biologicky významných molekul s důrazem na citlivost a reprodukovatelnost, které jsou hlavní podmínkou analytických aplikací a biosenzingu. Testovanými zesilujícími povrchy budou pravidelné zlaté a stříbrné (případně měděné) nanostruktury připravované na spolupracujících pracovištích (FJFI ČVUT, ÚFE AV ČR, Katedra makromolekulární fyziky MFF UK) pomocí různých technik (imobilizace, naprašování, nanolitografie, templating, atd.).
Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika.

Preliminary scope of work in English

Adsorption of molecules on metal (silver and gold) nanostructures leads to significant enhancement optical processes, such as Raman scattering (surface-enhanced Raman scattering – SERS), fluorescence (surface-enhanced fluorescence - SEF) and absorption (surface-enhanced infrared absorption – SEIRA). New trends and developing of these techniques include detection, analytical and biosensoring applications.
The main goal of this Thesis will be test various solid metal nanostructures for enhanced optical processes of biologically important molecules from the point of view of their sensitivity and reproducibility which are the main requirement of analytical applications and biosensing. We will test mainly ordered gold and silver (or copper) nanostructures fabricated at collaborating institutions by different techniques (immobilization, sputtering, nanolithography, templating, etc.)