Titlul proiectului:
Nanostructuri si nanoparticule de metale nobile cu proprietati plasmonice multifunctionale pentru aplicatii relevante in nanofotonica, biodetectie si spectroscopie laser “NANOBIOSPEC”
Proiect CEEX nr.71/2006 (Matnantech)

Director: Prof.dr. Simion ASTILEAN

Parteneri din tara
CO: Universitatea Babes-Bolyai (Prof dr Simion Astilean)
P1: Universitatea Tehnica Cluj-Napoca (Prof dr Traian Petrisor)
P2: Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara (Prof dr Carmen Socaciu)
P3: Institutul de Cercetari Chimice “Raluca Ripan” (CP I Dr Elisabeth-Jeanne Popovici)
P4: S.C. ICPE Bistriţa S.A (Fizician Sorin-Caludiu Ulinici)

 Parteneri din strainatate:
P5: Universitatea Joseph Fourier din Grenoble  http://www.ujf-grenoble.fr
(Dr Patrice Baldeck http://www-lsp.ujf-grenoble.fr)
P6: Universitatea Friedrich Schiller din Jena http://www.uni-jena.de/ 
(Prof dr Jurgen Popp http://www.chemie.uni-jena.de/institute/pc/ )

Rezumat
Proiectul NANOBIOSPEC dezvolta cercetari interdisciplinare orientate pe obtinerea de nanoparticule de metale nobile, nanocristale, nanostructuri si bionanostructuri prin diverse metode fizico-chimice (sinteza, auto-asamblare, nanolitografie). Deoarece aceste nanostructuri prezinta proprietati optice, spectroscopice si biochimice unice la scara nanometrica, ne propunem sa le utilizam in aplicatii performante de biodetectie moleculara (Raman, SERS, UV-vis, reflexie, IR, SEIRA, fluorescenta) sau in controlul propagarii si emisiei luminii la scara nanometrica (nanofotonica)
Cercetarea va beneficia de complementaritatea partenerilor, atit in ceea ce priveste diversitatea metodelor de investigare cat si a procedurilor de laborator (microspectroscopie si imagistica Raman confocala, microscopie electronica si de forta atomica,  modelari si simulari,  depuneri de filme metalice, facilitati in „clean room”, proceduri de biofunctionalizare, proceduri de curatire, tratament si decontaminare a suprafetelor, sinteze coloidale, nanoparticule metalice, semiconductoare, cristale fotonice, etc.).

Obiectivele majore ale proiectului
I.    Optimizarea procedeelor si proceselor de auto-asamblare coloidala si moleculara (2006)
II.   Dezvoltarea unor metode de nanostructurare controlata in vederea exploatarii optime a rezonantelor plasmonice (2007)
III.  Demonstrarea unor aplicatii in domeniul  nanofotonicii si bio-chemo-detectie (2008)

Obiective specifice pe faze

2006  Etapa I        ( termen 15.12.2006)
Strategii de auto-asamblare a nanoparticulelor si functionalizarea chimica a substratelor  in vederea exploatarii optime a proprietatilor plasmonice
            Activitatea I.1 Documentare asupra metodelor si tehnicilor de lucru prevazute a se derula in decursul cercetarii (sinteza de nanoparticule, depunere de filme metalice si/sau polimerice, functionalizarea chimica si biochimica a suprafetelor etc.) CO, P1, P2, P3, P4
            Activitatea I. 2  Modelare respectiv simulare computationala prin metode de tip Monte Carlo si Dinamica Moleculara a procesului de auto-asamblare in sisteme de coloizi metalici, nanosfere de polistiren si nanotuburi CO
            Activitatea I. 3 Studii in vederea elaborarii unui  protocol experimental de curatire chimica uscata in atmosfera de ozon a suprafetelor (substratelor) utilizate in depuneri de filme sau particule (sticla, silice, siliciu, etc) P4
            Activitatea I. 4 Se vor efectua experimente de auto-asamblare pe substrate hidrofile sau silanizate in acord cu predictiile teoretice si rezultatele de protocolului de laborator(A I.2, A I.3) CO, P5
            Activitatea I. 5  Cresterea de filme de aur sau argint de 10-200 nm grosime pe strat de sfere nanometrice de polistiren auto-asamblate. Substratul-suport poate fi  de sticla, silice sau siliciu, de la caz la caz   P1
            Activitatea I. 6  Caracterizarea morfologica (TEM, SEM) si optica a filmelor de nanoparticule obtinute anterior prin diverse procedee. Se va studia influenta parametrilor de structura (ordine, dezordine, periodicitate) si fizico-chimici (indice de refactie, functionalizare chimica) asupra pozitiei rezonantelor plasmonice (tema de doctorat)  CO
            Activitatea I. 7  Se va studia activitatea SERS si/sau SEIRA a filmelor obtinute anterior (A I.4 si A I.5).  Se va investiga dependenta amplificarii electromagnetice de lungimea de unda a laserului si spectrul de rezontanta plasmonica in corelatie cu densitatea, dimensiunea si forma nanoparticulelor.CO, P6
            Activitatea I. 8  1. Reuniuni de lucru, dizertatii de masterat, participare la organizarea Conferintei Internationale „Advanced Spectroscopies on Biomedical and Nanostructured Systems” (Cluj-Napoca, 3-6 sept., 2006). 2. Participare la conferinte nationale si internationale (Hole Burning, Single Molecule and related Spectroscopies : Science and Applications, 24-29 June 2006, Centre Paul Langevin, Aussois (France), etc.). 3. Efectuarea de stagii de scurta durata in laboratoarele partenerilor internationali. 4. Intocmirea si transmiterea documentatiei de raportare administrativa si financiara  CO, P1, P2, P3, P4, P5 

2007    Etapa II      ( termen 10.12.2007)
Strategii de nanostructurare controlata prin metode de litografie coloidala si sinteza chimica in vederea exploatarii optime a proprietatilor plasmonice
            Activitatea II. 1  Modificarea dimensiunii si morfologiei sferelor de polistiren auto-asamblate pe substrat prin corodare in atmosfera controlata. Cresterea ulterioara de filme de aur sau argint de 10-200 nm grosime pe aceste straturi prestructurate prin corodare (la diferite unghiuri) P1
         Activitatea II. 2  Preparare de nanoparticule/nanocristale de aur sau argint anizotrope (prisme, bastonase, retele de nanofire) prin metode de reducere chimica (bioreducere), indusa laser sau termic (annealing) CO, P5
            Activitatea II. 3 Caracterizarea morfologica, structurala, compozitionala si optica a nanostructurile metalice in diferite etape de preparare prin microscopie electronica SEM si TEM, microscopie optica confocala, transmisie si reflexie optica, microscopie „dark-field”, difractie de raze X si difractie electronica, AFM. CO
            Activitatea II. 4  Identificarea unor noi strategii de auto-asamblare prin studiul dinamicii atomilor depusi pe suprafete si formarea de nanostructuri prin difuzie. Metode de modelare electromagnetica a rezonantelor plasmonice. CO, P4
            Activitatea II. 5  Evaluarea activitatii SERS si / sau SEIRA a substratelor metalice ordonate (A I.5, A II.1)  si a celor dezordonate urmarindu-se identificarea mecanismelor de amplificare electromagnetica (molecule test sau molecule de interes medical si farmaceutic). CO, P6
            Activitatea II. 6 Stabilirea unui protocol de laborator pentru imobilizarea directa sau prin agent chimic de legatura a unor biomolecule (proteine, enzime, anticorpi) pe unele dintre nanostructurile obtinute anterior A I.5, A II.1, A II.2.  P2
            Activitatea II. 7  Evaluarea prin diverse metode optice si spectroscopice (FT-IR, FT-Raman, fluorescenta, SERS, RMN, etc.) a interactiunii biomoleculelor cu substrate metalice nanostructurate CO, P2
            Activitatea II. 8  Evaluarea functionalitatii biomoleculelor fixate pe nanostructurile II.1, II.2, II.3. prin reactii biochimice specifice (testarea activitatii in culturi celulare sau prin reactii tip ELISA) P2
            Activitatea II. 9  Sinteza si caracterizarea unor unor nanoparticule coloidale de calcogenuri metalice dopate sau nu cu ioni Mn2⁺ . P3
            Activitatea II. 10  Inglobarera nanoparticulelor coloidale sintetizate  (A II. 9) in matrici de filme polimerice. Caracterizarea optica  nancompozitelor polimer-semiconductor. P3
            Activitatea II. 11 Organizarea de reuniuni de lucru, sustinere de referate de doctorat, tezelor si dizertatiilor de masterat. Realizarea paginii web. Efectuarea de stagii de scurta durata in laboratoarele partenerilor externi si participari la conferinte nationale si internationale tematice. Intocmirea si transmiterea documentatiei de raportare administrativa si financiara  CO, P1, P2, P3, P4, P5, P6

2008    Etapa III      (termen 01.07.2008)
Aplicatii relevante de nanofotonica si bio-chemo-detectie pe baza de nanoparticule de metale nobile optim proiectate
            Activitatea III. 1   Se va investiga luminiscenta nanoparticulelor semiconductoare inglobate in filme polimerice continui sau in cristale fotonice opaline depuse pe substrate plane sau nanostructurate. Se va investiga efectul nanostructurilor plasmonice/fotonice asupra randamentului de emisie radiativa. Se pot lua in considerare si molecule fluroescente. CO, P3
            Activitatea III. 2  Utilizarea nanoparticulelor de aur pentru detectia colorimetrica a secventelor specifice si a polimorfismelor la nivelul unui singur nucleotid (SNPs) in ADN-ul genomic amplificat prin reactia de polimerizare in lant (PCR)  CO
            Activitatea III. 3  Evaluarea sensibilitatii rezonantelor plasmonice (SPR) in detectia optica si spectroscopica a unor contaminanti in apa sau substrate solide (ioni ai metalelor grele, pesticide, aerosoli, etc)  P4
            Activitatea III. 4 Testarea unor nanosenzori plasmonici obtinuti in etapele anteriore in analize biochimice, diagnostic sau nanomedicina. Se vor utiliza tehnica de microspectroscopie si imagistica confocala cu baleiaj (Raman, SERS, fluorescenta) sau SNOM instalate in laborator. CO, P2, P5, P6
            Activitatea III. 5 Testarea in vederea extinderii metodei nanolitografiei coloidale (nanosphere litography) din AI.5 si A II.1 la alte materiale (magnetice,de exemplu) CO, P1
            Activitatea III. 6 Concluzii si diseminari.   CO, P1, P, P3, P4, P5, P6
            Activitatea III. 7 Bilantul realizarii proiectului pe baza rapoartelor realizate, articolelor publicate sau acceptate spre publicare in reviste ISI, tezelor si referatelor de doctorat sutinute, prezentarilor facute la conferinte nationale si internationale,  contactelor si schimburilor avute cu partenerii internationali. Intocmirea si transmiterea documentatiei de raportare administrativa si financiara CO, P1, P, P3, P4, P5, P6