Peptide-gold nanoscale systems with tuned optical properties

The synthesis of hybrid peptide-inorganic nanoparticles superstructures has been drawing increasing interest owing to the possibility to design nanoscale systems combining the properties of the individual components. Peptides are biomolecules characterized by intriguing properties such as sequence specific self-assembly processes, molecular recognition capabilities and intrinsic chirality. Among the inorganic materials, gold is one of the most studied, owing to the unique optical, electronical, catalytical and plasmonic properties exhibited by its nanoparticles. The combination of peptides’adaptability with the properties of gold nanoparticles can lead to the generation of hybrid superstructures characterized by tuneable properties. Peptide’s chirality could be transferred to the metal nanoparticles, generating chiral optical signal in the visible wavelength range, paving the way to possible applications in biosensing. This study starts dealing with the peptide mediated synthesis of plasmonic gold nanoparticles guided by the amyloidogenic peptide DF(I)NKF. Such peptide was used in a one-pot synthesis procedure that gave rise to the formation of spherical peptide-gold superstructures characterized by a peptide core, surrounded by a monolayer shell of spherical gold nanoparticles. These superstructures were then used as template to guide the growth of additional layers of gold nanoparticles on top of the existing ones. Novel seeded-growth procedures were studied with the aim of synthesizing nanoscale systems possessing tuned optical properties. The first procedure exploited various surfactants, to stabilize the additional layer of nanoparticles, and L-cysteine, which was used to induce the generation of chiral features on the grown nanoparticles. Then another seeded-growth procedure was analysed. In this case, the generation of chiral-worm micelles was exploited in order to induce chiral features on the growing nanoparticles or to generate a chiroptical signal when binding the AuNPs surface. All the synthesized nanoparticles were then characterized by dynamic light scattering (DLS), UV-Visible spectroscopy, zeta-potential analysis, circular dichroism spectroscopy.

La sintesi di sistemi ibridi costituiti da peptidi e materiali inorganici sta attirando un crescente interesse, grazie alla possibilità di progettare sistemi nella nanoscala capaci di combinare le proprietà dei singoli componenti costitutivi. I peptidi sono biomolecole caratterizzate da interessanti proprietà, tra le quali spiccano la capacità di riconoscimento di molecole, processi di auto-assemblaggio dipendenti dalla sequenza amminoacidica del peptide e proprietà chirali. Tra i materiali inorganici, l’oro è uno dei più studiati, a grazie alle esclusive proprietà ottiche, elettroniche, catalitiche e plasmoniche mostrate delle sue nanoparticelle. La combinazione della versatilità delle proprietà del peptide e delle caratteristiche delle nanoparticelle d’oro può portare alla sintesi di sistemi ibridi con proprietà facilmente personalizzabili. Inoltre, la chiralità dei peptidi può essere trasferita alle particelle d’oro portando alla produzione di segnali chirali nelle frequenze del visibile, che possono essere sfruttati in applicazioni riguardanti al biosensing. Questo studio inizia prendendo in considerazione la sintesi di nanoparticelle d’oro mediata dal peptide amiloidogenico DF(I)NKF. Questo peptide viene utilizzato in una sintesi “one-pot” che porta all’origine di superstrutture di peptide e oro caratterizzate da un nucleo peptidico, attorno al quale si instaura un monostrato di nanoparticelle d’oro sferiche. Tali superstrutture sono state utilizzate come templati per guidare la crescita di uno strato aggiuntivo di nanoparticelle di oro. Sono state studiate procedure di reazioni di crescita da semi totalmente innovative con lo scopo di sintetizzare sistemi alla nanoscala che possiedano proprietà ottiche controllate. La prima procedure richiede l’utilizzo di un tensioattivo, per stabilizzare lo strato di nanoparticelle d’oro che viene fatto crescere, e L-cisteina che viene utilizzata per indurre la generazione di caratteristiche chirali sulla superficie delle particelle. Successivamente, un’altra procedura di crescita viene analizzata. In questo caso, la generazione di caratteristiche chirali è dovuta alla formazione di micelle chirali capaci di interagire con le nanoparticelle d’oro usate come templati. Tutte le nanoparticelle sintetizzate sono state caratterizzate al DLS, spettroscopia UV-Vis, Zeta-potenziale, dicroismo circolare (CD).