Sensori per IOT e Sviluppo Sostenibile
Referente: Coppedè Nicola
Biosensori magneto-plasmonici (MP)

La sensoristica magneto-plasmonica riguarda un nuovo concetto di rivelazione ottica attiva e multifunzionale basata in materiali che esibiscono simultaneamente proprietà ottiche plasmoniche e proprietà magnetiche. Tipicamente questo trasduttore è una nanostruttura ibrida formata da una componente magnetica (ossido o metallo) e una componente plasmonica a base d’Au o Ag. La risposta ottica dovuta alla risonanza plasmonica (Surface Plasmon Resonance, SPR) modula la risposta magneto-ottica caratteristica della componente magnetica e viceversa.
Differentemente dalla rivelazione ottica plasmonica, in riflessione o trasmissione, il concetto di sensing MP sfrutta lo effetto di modulazione della risposta ottica indotto di un campo magnetico esterno. Inoltre, si rileva il segnale MO, in modalità d’effetto Kerr o Dicroismo, e si ottiene una maggiore sensibilità che nella rivelazione plasmonica. 

Il gruppo IMEM lavora in 3 linee:

  • Sviluppo di trasduttori MP in modalità ATR per sensoristica ottica.  Nel IMEM è possibile crescere multi-stratti epitassiali tramite deposizione sputtering con ridotta rugosità e proprietà magnetiche dolce. Questi stratti possono essere utilizzati per la rivelazione di VOC e di marcatori biomedici utilizzando lo effetto Kerr Magneto-ottico. 
  • Sviluppo e studio dell’accoppiamento magneto-ottico in nanostrutture con SPR localizzati. Le correlazioni fra la morfologia e le proprietà magnetica e plasmonica sono state investigate in diverse etero-strutture che combinano componenti d’Au ed ossido di ferro.
  • Ricerca sulla rivelazione magneto-ottica come sistema di rivelazione ottica per la sensoristica.

Questa ricerca è correlata alle attività realizzata nell’AdR MAGFUN su “Nanoparticelle magnetiche per applicazione biomediche e nanoparticelle magnetiche”.

Highlights

Multistrati MP come trasduttori chimici e biochimici
Multistrati epitassiali di composizione Au/Co/Au sono cresciuti su diversi tipi di sostrati (vetri) adatti per la rivelazione ottica MP di vapori ed analiti organiche. Gli spessori del multistrato sono stati ottimizzati per massimizzare dei segnali plasmoniche e magneto-ottica plasmonica (MO-SPR) in configurazione Kretschmann. Tests realizzati utilizzando diverse concentrazione di vapori concludono che la sensibilità della tecnica in modalità MO-SPR è 8 volte maggiore che in modalità SPR. Anche, una dimostrazione di concetto come sensore biochimico fu realizzata. In particolare, la rivelazione anticorpo-antigene, antiBSA-BSA, in modalità MO-SPR è il doppio che in modalità SPR.
 

biosensori mp 1
Immagine di microscopia elettronica di trasmissione di un multistratto Au/Co/Au.
biosensori mp 2
Curve di calibrazione della sensibilità a vapori d’etanolo
biosensori mp 3
Curva di calibrazione per la rivelazione anticorpo-antigene antiBSA-BSA. ΔR e ΔS rappresentano il segnale MO-SPR mentre R è il segnale SPR.

 

Collaborazioni

  • Dipartimento di Scienze Chimiche e Scienze della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Italia. Prof. Andrea Secchi
  • Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa, Italia. Prof. Francesco Pineider.
  • IMM- CNR, Lecce, Italia. Dott. Roberto Rella.

Pubblicazioni

1)  “Modelling and nanoscale characterization of noble/ferromagnetic metal multilayers for enhanced magneto-plasmonic biosensing"
M. G. Manera, G. Pellegrini, P. Lupo, C. de Julián Fernández, F. Casoli, S. Rella, C. Malitesta, F. Albertini, G. Mattei, R. Rella. 
Sensors & Actuators: B. Chemical 239 (2017) 100–112
DOI:10.1016/j.snb.2016.07.128

2) “Magnetoplasmonics
G. Pellegrini, Valentina Bonanni, G. Campo, F. Pineider, C. Sangregorio, C. de Julián Fernández, F. Casoli, M. G. Manera, R. Rella, G. Mattei
B.Bhushan (ed.), Encyclopedia of Nanotechnology,
Springer Science+Business Media Dordrecht 2015
DO:I 10.1007/978-94-007-6178-0_100980-1

3) “Addressing the influence of localized plasmon resonance on the magneto-optical properties of cobalt ferrite nanoparticles
G. Campo, F. Pineider, E. Fantechi, C. Innocenti, A. Caneschi, C. de Julián Fernández
Journal of Nanoscience and Nanotechnology – Special Issue on Spinel Ferrite 19 (2019) 4946–4953
Doi:10.1166/jnn.2019.16799

4) “Tailoring nanostructured surfaces with plasmonic/magnetic multifunctional response
A. Serrano, O. Rodríguez de la Fuente, M. García-Hernández, G. Campo, C. de Julián Fernández, J. F. Fernández and M. A. García.
Applied Physics Letters, 113, (2018) 101908 -101911
DOI: 10.1063/1.5044697

5) “Plasmon-enhanced magneto-optical detection of single-molecule magnets
F. Pineider, E. Pedrueza-Villalmanzo, M. Serri, A. Mekonnen Adamu, E. Smetanina, V. Bonanni, G Campo, L. Poggini, M. Mannini, C.de Julián Fernández, C. Sangregorio, M. Gurioli, A. Dmitriev and R. Sessoli.
Materials Horizons 6 (2019) 1148-1155
Doi:10.1039/c8mh01548a

6) “Functional magneto-plasmonic biosensors transducers: Modelling and nanoscale analysis
M.G.Manera, G.Pellegrini, P.Lupo, V Bello, C.de Julián Fernández, F.Casoli, S.Rella, C.Malitesta, F.Albertini, G.Mattei R.Rella
Sensors and Actuators B: Chemical 239 (2017) 100-112
DOI: 10.1016/j.snb.2016.07.128