Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Optisk fångst av plasmoniska nanopartiklar för in situ ytförbättrade Raman-spektroskopikarakteriseringar

Published: June 23, 2022 doi: 10.3791/63862
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2
1HKUST-Shenzhen Research Institute, 2Department of Chemistry, The Hong Kong University of Science and Technology

Summary

Detta protokoll beskriver ett bekvämt tillvägagångssätt för att integrera optisk fångst och ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS) för att manipulera plasmoniska nanopartiklar för känslig molekylär detektion. Utan aggregeringsmedel monterar fångstlasern plasmoniska nanopartiklar för att förbättra SERS-signalerna från målanalyter för in situ-spektroskopiska mätningar.

Abstract

Ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS) möjliggör ultrakänslig detektion av analytmolekyler i olika applikationer på grund av det förbättrade elektriska fältet av metalliska nanostrukturer. Saltinducerad silvernanopartikelaggregering är den mest populära metoden för att generera SERS-aktiva substrat; Det är dock begränsat av dålig reproducerbarhet, stabilitet och biokompatibilitet. Detta protokoll integrerar optisk manipulation och SERS-detektion för att utveckla en effektiv analytisk plattform för att hantera detta. En 1064 nm fångstlaser och en 532 nm Raman-sondlaser kombineras i ett mikroskop för att montera silvernanopartiklar, som genererar plasmoniska hotspots för in situ SERS-mätningar i vattenmiljöer. Utan aggregeringsmedel möjliggör denna dynamiska plasmoniska silvernanopartikelenhet en cirka 50-faldig förbättring av analytmolekylsignalen. Dessutom ger den rumslig och tidsmässig kontroll för att bilda den SERS-aktiva enheten i så lite som 0,05 nM analytbelagd silvernanopartikellösning, vilket minimerar den potentiella störningen för in vivo-analys . Därför har denna optiska fångstintegrerade SERS-plattform stor potential för effektiva, reproducerbara och stabila molekylära analyser i vätskor, särskilt i vattenhaltiga fysiologiska miljöer.

Introduction

Ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS) är en känslig analytisk teknik för att direkt detektera målmolekylernas kemiska struktur vid ultralåga koncentrationer eller till och med på enmolekylnivå 1,2,3,4. Laserbestrålning inducerar lokaliserad ytplasmonresonans i metalliska nanostrukturer, som används som SERS-substrat för att förstärka Raman-signalerna från målmolekyler. Saltinducerade nanopartikelaggregat är de allmänt använda SERS-substraten, som spontant genomgår brownsk rörelse i kolloidala suspensionsvätskor 5,6. Ytterligare torkning möjliggör stabila SERS-mätningar; Föroreningskoncentration kan dock förekomma, vilket medför bakgrundsbuller och orsakar irreversibel skada på biologiska prover7. Därför är det relevant att utveckla saltfria nanopartikelaggregeringar, kontrollera deras rörelse i lösning och förbättra biokompatibiliteten samtidigt som mäteffektiviteten bibehålls.

Optisk fångst har antagits för att kontrollera olika metalliska substrat och underlätta SERS-detektioner 8,9,10,11,12,13,14. En optisk fälla genereras genom att tätt fokusera en laserstråle för att generera ett optiskt kraftfält, som lockar små föremål till det högsta intensitetsområdet runt fokus15,16. Nyligen har optiska fällor använts för att utveckla reproducerbara och känsliga plasmoniska avkänningsplattformar för olika applikationer, vilket visar deras unika fördelar med att lokalisera och kontrollera positionen för SERS-aktiva metalliska nanostrukturer i lösningar 17,18,19,20,21,22,23,24 . Detta protokoll introducerar ett tillvägagångssätt för att kombinera optisk pincett och Raman-spektromikroskopi för att dynamiskt montera silvernanopartiklar (AgNPs) och stabilisera dem mot brownsk rörelse i lösning för effektiva SERS-mätningar. I AgNP-monteringsregionen kan signalen från 3,3'-dithiobis[6-nitrobensoesyra] bis(succinimid)-estern (DSNB), analytmolekyler belagda på ytan av AgNPs, förbättras med cirka 50 gånger. Detta tillvägagångssätt är lämpligt för analys av känsliga biomolekyler som är oförenliga med kemiska kapslingsmedel25,26,27. Dessutom ger den rumslig och tidsmässig kontroll för att generera den SERS-aktiva AgNP-enheten. Detta möjliggör detektering på plats i vattenmiljöer, vilket kan sänka användningen av AgNPs och minimera störningar för in vivo-analys 28,29,30. Dessutom är den optiska fångstinducerade AgNP-enheten stabil, reproducerbar och reversibel31,32. Därför är det en lovande plattform för att detektera analytmolekyler i lösningar och under fysiologiska förhållanden där saltinducerad aggregering inte är tillämplig.

I den aktuella studien integreras en 1064 nm fångstlaser, kraftdetekteringsmodul och ljusfältbelysningskälla i det optiska pincettmikroskopisystemet för optisk manipulation och visualisering av partiklar. En 532 nm Raman-sondlaser införlivades också i mikroskopet och anpassades till fångstlasern i provkammaren. För spektralförvärv samlades bakåtspritt ljus in och omdirigerades till en spektrometer (figur 1).

Protocol

1. Optisk inställning

  1. Rikta en 532 nm laserstråle (Raman excitationskälla) in i flexporten på det optiska pincettmikroskopet (se Materialförteckning).
  2. Rikta in 532 nm laserstrålen i stereons dubbelskiktsvägar i det optiska pincettmikroskopet med en 750 nm långpass dikroisk spegel för att kombinera med de ursprungliga svällande laserstrålarna för att fokusera på provkammaren.
  3. Samla upp det bakåtspridda ljuset från provkammaren med hjälp av en 750 nm långpass dikroisk spegel och omdirigera den till en spektrometer som innehåller en vätske-kvävekyld laddningskopplad enhet (CCD) -kamera (se materialtabell). Placera ett 532 nm hackfilter framför spektrometerns ingångsslits före spektralförvärv.
    OBS: Ögonskydd måste användas när lasern slås på och laserstrålen måste finnas i ett säkert område.

2. Tillverkning av AgNPs

  1. Värm 50 ml 1 mM AgNO3 vattenlösning i en rundkolv under kokning.
  2. Tillsätt 1,0 ml 0,1 M trinatriumcitratlösning droppvis i den koktaAgNO3-vattenlösningen .
  3. Håll blandningen kokande i 16 min under konstant omrörning.
  4. Kyl blandningen till rumstemperatur. Gulaktig färg observeras.
  5. Centrifugera AgNP-kolloiderna vid 2000 × g i 5 minuter vid rumstemperatur och avlägsna sedan supernatanten med pipett.
  6. Återsuspendera AgNP-kolloiderna med 1 ml avjoniserat vatten (resistivitet på 18,2 MΩ cm).
  7. Upprepa steg 2.5 och 2.6 tre gånger för att avlägsna det kvarvarande reduktionsmedlet.
  8. Karakterisera storleksfördelningen för AgNPs med hjälp av svepelektronmikroskopi (SEM) och dynamisk ljusspridning (DLS)33 för att bekräfta AgNPs enhetlighet (figur 2). AgNP-koncentrationen uppskattades till 0,1 nM med UV-absorbans34.
    OBS: På grund av den låga koncentrationen kan AgNP-stamlösningen bibehållas utan kluster i 2-3 veckor. Inga stabiliseringsmedel krävs. Om en fällning observerades i AgNP-stamlösningen framställdes en ny AgNP-lösning enligt ovanstående protokoll.

3. Interaktion mellan DSNB-analytmolekylen och AgNP

  1. Tillsätt 200 μL 2 mM DSNB (se materialtabell) till 1 ml AgNP-kolloid och inkubera vid rumstemperatur i 3 timmar för att belägga ett lager DSNB på ytan av AgNP genom bildandet av Ag-S-bindningen mellan AgNP och DSNB35. En schematisk representation av denna interaktion visas i figur 3.
  2. Centrifugera AgNP vid 2 000 × g i 5 minuter vid rumstemperatur och avlägsna supernatanten.
  3. Återsuspendera AgNP-DSNB med 1 ml avjoniserat vatten.
  4. Upprepa steg 3.2 och 3.3 tre gånger för att ta bort överskott av DSNB.
  5. Registrera de UV-synliga spektra för AgNP-kolloid- och AgNP-DSNB-lösningen.
    OBS: Detta spektra visar en absorptionstoppförskjutning från cirka 420 nm till 450 nm, vilket indikerar den framgångsrika beläggningen av DSNB på ytan av AgNP (figur 3).

4. Beredning av provkammare och generering av AgNP-enhet för SERS-mätning

  1. Rengör glasskivan och täckglaset med vatten och etanol.
  2. Fäst ramtejpen (0,25 mm tjocklek, se Materialtabell) på glasskivan för att skapa en kammare (1,0 cm längd × 1,0 cm bredd × 0,25 mm höjd).
  3. Tillsätt några droppar av AgNP-DSNB-lösningen (cirka 25 μl) i ramen.
  4. Sätt täckglaset på ramtejpen och försegla det (bild 4).
  5. Tillsätt flytande kväve i behållaren på den flytande kvävekylda CCD-kameran tills temperaturen når -120 °C.
  6. Blockera Raman-sondstrålevägen med en magnetisk lasersäkerhetsskärm (se materialtabell) och slå sedan på 532 nm Raman excitationskälllaser.
  7. Fäst provkammaren med AgNP-DSNB-lösningen på kammarhållaren. Tillsätt vatten till målet nedsänkt vatten (60x förstoring med en 1,2 numerisk bländare A på 1,2) som visas i figur 1. Placera sedan kammarhållaren omedelbart på mikrosteget ovanför målet.
  8. Släpp nedsänkningsolja ovanpå täckglaset och placera den oljedränkta kondensorn för att visualisera partiklar på mikroskopkameran.
  9. Justera målets Z-position genom att vrida på mikroskopets ratt tills 532 nm Raman-sondstrålen är fokuserad på kammarens nedre glasyta och visar en vit fläck på mikroskopkameran (figur 5).
    1. Justera mikrostegets X- och Y-positioner för att flytta kammaren för att placera kammarens centrala region vid den vita fläcken. Öppna den optiska pincettstyrningsprogramvaran (se materialförteckningen) och använd den utrustade joystickkontrollen för att flytta 1064 nm svälllasern (indikeras av en röd cirkel i den optiska pincetten) så att den överlappar den vita fläcken (bild 5).
    2. Ställ sedan in mikroskopets ratt för att flytta målets Z-position uppåt.
      OBS: Försvinnandet av den vita fläcken i mikroskopkamerabilden indikerar att 532 nm Raman-sondstrålen är fokuserad inuti kammaren.
  10. Slå på 1064 nm fångstlaser för att locka AgNPs i provkammaren och skapa en plasmonisk AgNP-enhet.
    OBS: Insamlingen av AgNPs resulterar i en mörk fläck i provkammaren (figur 6B).
    1. Vrid ner den svällande laserstrålen för att undvika överhettning eller bubbelbildning vid behov.
      OBS: Öka fångstlasereffekten och bestrålningstiden om det inte finns någon uppenbar bildning av AgNP-enheten.
  11. Justera positionen för provmikrosteget för att placera den mörka fläcken i den plasmoniska AgNP-enheten under fokus på 532 nm Raman-sondstrålen för spektroskopiska mätningar.
  12. Placera filtren med neutral densitet (ND) framför 532 nm Raman-laseruttaget för att justera effekten till 10 mW. Ange förvärvstiden (10 s för den aktuella studien, figur 6) i inställningspanelen i spektrumprogramvaran (se materialförteckning) och klicka på knappen Skaffa för att starta spektralförvärvet.
    OBS: Detta genererar SERS-spektrumet för analytmolekylerna (DSNB i det representativa resultatet och figur 6).

Representative Results

Som bevis på konceptet valdes DSNB som analytmolekyl och belades på ytan av AgNPs. De typiska SERS-spektra för DSNB som förstärks av den plasmoniska AgNP-enheten och dispergerad AgNP visas i figur 6. Utan fångstlasern genererade de dispergerade AgNP: erna i provkammaren ett svart spektrum (figur 6A) vid excitation av Raman-sondlasern. En svag och bred SERS-signal observerades vid cirka 1380-1450 cm-1, den karakteristiska toppen av DSNB från dess symmetriska NO2-sträcka, vilket överensstämmer med litteraturrapporterna35,36. Eftersom de spridda AgNP: erna var under brownsk rörelse var interpartikelkorsningarna stora och instabila, vilket illustreras i figur 6C. Således var SERS-signalförstärkningen av DSNB låg för de dispergerade AgNP: erna.

AgNPs samlas in för att bilda en plasmonisk AgNP-enhet när fångstlasern är på. Att öka kraften och förlänga bestrålningstiden för fångstlasern kan locka fler AgNPs och generera en mörk fläck, som visas i figur 6B. Här applicerade vi en infångande lasereffekt på 700 mM och en bestrålningstid på 20 s för att skapa en plasmonisk AgNP-enhet i en 0,05 nM DSNB-belagd AgNP-lösning på en bestämd plats och ett bestämt ögonblick. SERS-spektrumet för DSNB erhölls i området för den plasmoniska AgNP-enheten (figur 6A, röd). Det starka Raman-bandet vid 930 cm-1 tilldelas nitrosaxvibrationen, och de stora banden vid 1078 cm-1, 1152 cm-1 och 1191 cm-1 motsvarar sannolikt den succinimidyl N-C-O-sträckning som överlappar de aromatiska ringlägena för DSNB 35,37. Funktionsbanden vid 1385 cm-1 och 1444 cm-1 härrör från den symmetriska nitrosträckan av DSNB och förbättras avsevärt och förskjuts något på grund av reaktionen med ytan på AgNP35,37. Baserat på de tidigare rapporterade SERS-fingeravtrycken av DSNB35,36,37 tilldelades bandet vid 1579 cm-1 det aromatiska ringläget för DSNB. De totala intensiteterna för DSNB i den plasmoniska AgNP-enheten var högre än för den dispergerade AgNP. Med tanke på intensiteten hos den karakteristiska toppen vid 1444 cm-1 kan den plasmoniska AgNP-enheten ge ungefär en 50-faldig förbättring av SERS-signalen för DSNB jämfört med den för den dispergerade AgNP. Som visas i figur 7 registrerades SERS-spektra av DSNB upprepade gånger (20 gånger) för AgNP-enheten i experimentet, vilket visade identiska vibrationsegenskaper. Intensiteterna hos de karakteristiska topparna för DSNB vid 1152 cm−1, 1444 cm−1 och 1579 cm−1 över dessa 20 SERS-spektra plottades som histogram med relativa standardavvikelser (RSD) på 6,88%, 6,59% respektive 5,48%. Detta verifierade ytterligare reproducerbarheten och stabiliteten. Därför är detta tillvägagångssätt tillförlitligt för att manipulera plasmoniska nanopartiklar och SERS-detektion av analytmolekyler i lösning.

Figure 1
Figur 1: Schematisk representation av den optiska pincettkopplade Raman-spektroskopiska plattformen. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 2
Figur 2: Förberedelse av AgNP för SERS-mätning. (A) SEM-bild av AgNP. (B) Storleksfördelning av AgNP per DLS. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Interaktion mellan AgNP och DSNB. (A) Schematisk för beläggningen av DSNB på ytan av AgNP. B) UV-synliga spektra för AgNP och AgNP-DSNB. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: Schematisk för beredning av provkammare . (A) Beredningsprocess för provkammare. (B) Beredd provkammare. Skalstreck = 1 cm. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 5
Figur 5: Positionsöverlappning av 532 nm Ramanlaser och 1064 nm fångstlaser. (A) Position på 532 nm Ramanlaser indikerad med vit fläck. (B) Position på 1064 nm fångstlaser indikerad med röd cirkel. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: Typiska SERS-spektra för analytmolekylerna förstärkta av den plasmoniska AgNP-enheten. (A) SERS-spektra av DSNB vid den plasmoniska AgNP-enheten (röd) och den dispergerade AgNP (svart). (B) Den plasmoniska AgNP-enheten när fångstlasern är på visar en mörk fläck under mikroskopisk visualisering. (C) Den dispergerade AgNP när fångstlasern är avstängd. (D) Illustration av mekanismen för AgNP-sammansättningsbildning. (E) Koncentrationsberoende SERS-intensitet i frånvaro av fångstlasern. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: Reproducerbarhet av SERS-signal från DSNB. (A) 20 SERS-spektra av DSNB vid den plasmoniska AgNP-enheten som registrerats upprepade gånger i experimentet. (B) Histogram över intensiteterna hos de karakteristiska DSNB-topparna vid 1152 cm-1 (RSD = 6,88%), 1444 cm-1 (RSD = 6,59%) och 1579 cm-1 (RSD = 5,48%). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: AgNP-sammansättning genererad under olika experimentella parametrar. (A) Olika fångstlaserkraft; bestrålningstid 20 s och AgNP-koncentration 0,05 nM. B) Olika bestrålningstider. fånga lasereffekt 700 mW och AgNP-koncentration 0,05 nM. c) Olika agNP-koncentrationer. bestrålningstid 20 s och fånga lasereffekt 700 mW. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Kompletterande figur 1: Mikroskopkamerabilderna av AgNP-montering i tidsserier när fångstlasern stängdes av. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Discussion

Denna studie rapporterar en analytisk plattform som kombinerar optisk fångst och SERS-detektion för in situ molekylära karakteriseringar. En 532 nm Raman-sondstråle kombinerades med en 1064 nm fångande laserstråle genom stereo-dubbelskiktsvägar för att kombinera fokus och samla in för ytterligare spektroskopiska mätningar i backscattering-geometri. Den svällande laserstrålen monterade AgNPs för att bilda plasmoniska hotspots, följt av excitation av Raman-sondlaserstrålen för att generera SERS-signalen från analytmolekylerna i lösning. Som ett bevis på konceptet demonstrerades detekteringen av DSNB, som var belagd på ytan av AgNPs. I AgNP-monteringsregionen som styrs av den svällande laserstrålen uppnåddes en cirka 50-faldig förbättring av signalen från DSNB jämfört med de omgivande dispergerade AgNP: erna. En liknande högsignalförstärkning av analytmolekyler i lösningsfas SERS-mätningarna på den presenterade plattformen erhölls reproducerbart.

Det kritiska steget som påverkar SERS-signalförstärkning är att bilda en optisk fångstinducerad AgNP-enhet. SERS-signalen för analytmolekylerna kan optimeras genom att finjustera experimentella parametrar som fångstlaserkraft, bestrålningstid och AgNP-koncentration. Som visas i figur 8 kan användning av en lasereffekt med högre svällning öka effektiviteten i AgNP-sammansättningsbildning. Reproducerbara AgNP-enheter erhölls genom att öka fångstlaserns effekt från 450 mW till 700 mW. En infångande lasereffekt högre än 950 mW kan dock inducera överhettning och bubbelgenerering38. Således rekommenderas måttlig svällande laserkraft för att skapa en dynamisk AgNP-enhet. Analogt är en längre bestrålningstid användbar för att främja bildandet av AgNP-enheter. Figur 8B visar att en tydlig sfärisk AgNP-enhet bildades när bestrålningstiden ökade från 5-20 s. AgNP-församlingen förvrängdes dock efter 60 s bestrålning. Dessutom accelererades bildandet av AgNP-enheten vid en högre AgNP-koncentration, från 0,01 nM till 0,05 nM, medan den snabbt överhettades vid 0,25 nM, som visas i figur 8C. Om det inte finns någon uppenbar AgNP-monteringsbildning rekommenderas att öka fångstlaserkraften och bestrålningstiden. Vid generering av en stabil AgNP-enhet måste fångstlasern stängas av för att undvika potentiell termisk skada.

SERS-aktiviteten hos den optiska fångstinducerade AgNP-enheten tillskrevs en ökning av den lokala AgNP-koncentrationen i fångstlaserbestrålningsregionen, som är den mörka fläcken i figur 6B. I den fluidiska AgNP-lösningen kan den optiska fällan kontinuerligt locka AgNPs att ackumuleras och bilda plasmoniska hotspots i ett begränsat utrymme i interpartikelkorsningarna. Detta ger ett förbättrat elektriskt fält som förstärker SERS-effekten. Det verifierades ytterligare av den starkare SERS-signalen som erhölls vid en högre AgNP-koncentration (1,00 nM) jämfört med den svagare SERS-signalen som förvärvades vid en lägre AgNP-koncentration (0,05 nM) utan fångstlasern, som visas i figur 6E.

Dessutom har positionskontroll av den plasmoniska AgNP-enheten i lösning, mot brunisk rörelse, genom optisk fångst avsevärt förbättrat effektiviteten och stabiliteten hos SERS-mätningar. Avkänning med hög genomströmning kan utföras när den är ansluten till mikrofluidsystemet. Jämfört med den traditionella saltinducerade aggregeringen av nanopartiklar för att generera SERS-aktiva substrat, tillåter vår plattform dynamisk bildning av plasmoniska AgNP-enheter, på den designade platsen och ögonblicket, med hög flexibilitet26,28. Dessutom fungerar det effektivt vid nanomolära AgNP-koncentrationer och möjliggör rumslig-tidsmässig manipulation av SERS-aktiva hotspots för in situ-spektroskopiska mätningar i lösningar. Denna dynamiska AgNP-enhet demonterades gradvis på några minuter när fångstlasern stängdes av. Utan fångstlasern försvann AgNP-enheten nästan på 20 minuter, som visas i kompletterande figur 1. Detta kan minimera påverkan på detektionssystemet och uppvisar stor potential för olika bioapplikationer, särskilt detektering av biomolekyler (DNA, RNA och protein) under fysiologiska och in vivo-förhållanden. Denna dynamiska AgNP-sammansättning ger dock en mindre förbättringsfaktor än saltinducerade AgNP-aggregat2, och därför krävs ytterligare modifiering och utveckling.

Sammanfattningsvis ger integrationen av optisk fångst och SERS-detektion en bekväm metod för att kontrollera plasmoniska nanopartiklar och uppnå reproducerbar SERS-signalförbättring för att detektera analytmolekyler i lösningar med hög effektivitet, stabilitet och biokompatibilitet.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Vi erkänner finansieringsstödet från Science, Technology, and Innovation Commission of Shenzhen Municipality (nr. JCYJ20180306174930894), Zhongshan Municipal Bureau of Science and Technology (2020AG003) och Research Grant Council of Hong Kong (Project 26303018). Vi erkänner också prof. Chi-Ming Che och hans finansieringsstöd från "Laboratorium för syntetisk kemi och kemisk biologi" under Health@InnoHK-programmet som lanserades av Innovation and Technology Commission, Regeringen i Hong Kong Special Administrative Region i Folkrepubliken Kina.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1064 nm trapping laser IPG Photonics, United States 1064 nm CW Yb fiber laser, 10W
3,3'-Dithiobis[6-nitrobenzoic acid] bis(succinimide) ester  Biosynth Carbosynth FD15467
532 nm Raman excitation source CNI, China MLL-III-532
Bluelake software LUMICKS, Netherlands version 1.6.12 optical tweezer control software
Frame tape Thermo Fisher Scientific, Inc AB-0576
Immersion oil Cargille Laboratories, Inc 16482
Liquid nitrogen-cooled charge-coupled device (CCD) camera Teledyn Princeton Instrument, United States 400B eXcelon
Long-pass dichroic mirror AHF, Germany F48-801
Magnetic laser safety screen ThorLabs TPSM2
Optical tweezer microscope LUMICKS, Netherlands m-trap
Silver nitrate Sigma-Aldrich China, Inc. S8157
Spectrometer Teledyn Princeton Instrument, United States IsoPlane SCT-320
Trisodium citrate Sigma-Aldrich China, Inc. S4641
WinSpec software Teledyn Princeton Instrument, United States version 2.6.24.0 spectrum software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stiles, P. L., Dieringer, J. A., Shah, N. C., Van Duyne, R. P. Surface-enhanced Raman spectroscopy. Annual Review of Analytical Chemistry. 1 (1), 601-626 (2008).
  2. Xu, L. J., et al. Label-free detection of native proteins by surface-enhanced Raman spectroscopy using iodide-modified nanoparticles. Analytical Chemistry. 86 (4), 2238-2245 (2014).
  3. Le Ru, E. C., Etchegoin, P. G. Single-molecule surface-enhanced raman spectroscopy. Annual Review of Physical Chemistry. 63, 65-87 (2012).
  4. Huang, J. A., et al. SERS discrimination of single DNA bases in single oligonucleotides by electro-plasmonic trapping. Nature Communications. 10 (1), 1-10 (2019).
  5. Chan, M. Y., Leng, W., Vikesland, P. J. Surface-enhanced Raman spectroscopy characterization of salt-induced aggregation of gold nanoparticles. ChemPhysChem. 19 (1), 24-28 (2018).
  6. Le Ru, E. C., Meyer, M., Etchegoin, P. G. Proof of single-molecule sensitivity in Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) by means of a two-analyte technique. Journal of Physical Chemistry B. 110 (4), 1944-1948 (2006).
  7. Schultz, Z. Not too hot: the importance of optimizing laser power for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) measurements. Spectroscopy. 36 (8), 18-20 (2021).
  8. Svedberg, F., Käll, M. On the importance of optical forces in surface-enhanced Raman scattering (SERS). Faraday Discussions. 132, 35-44 (2006).
  9. Svedberg, F., Li, Z., Xu, H., Käll, M. Creating hot nanoparticle pairs for surface-enhanced Raman spectroscopy through optical manipulation. Nano Letters. 6 (12), 2639-2641 (2006).
  10. Liu, Z., Hung, W. H., Aykol, M., Valley, D., Cronin, S. B. Optical manipulation of plasmonic nanoparticles, bubble formation and patterning of SERS aggregates. Nanotechnology. 21 (10), 105304 (2010).
  11. Spadaro, D., et al. Optical trapping of plasmonic mesocapsules: Enhanced optical forces and SERS. Journal of Physical Chemistry C. 121 (1), 691-700 (2017).
  12. Ottevaere, H., et al. Optical trapping of particles combined with confocal Raman spectroscopy in an optofluidic chip. Optical Design and Fabrication 2017. , (Freeform, IODC, OFT). JTu5A.27 (2017).
  13. Koya, A. N., et al. Novel plasmonic nanocavities for optical trapping-assisted biosensing applications. Advanced Optical Materials. 8 (7), 1901481 (2020).
  14. Yuan, Y., et al. Optical trapping-assisted SERS platform for chemical and biosensing applications: Design perspectives. Coordination Chemistry Reviews. 339, 138-152 (2017).
  15. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Yamane, T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).
  16. Ashkin, A. Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers. Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (10), 4853-4860 (1997).
  17. Dang, H., et al. Reproducible and sensitive plasmonic sensing platforms based on Au-nanoparticle-internalized nanodimpled substrates. Advanced Functional Materials. 31 (49), 1-10 (2021).
  18. Lafuente, M., et al. Plasmonic MOF thin films with Raman internal standard for fast and ultrasensitive SERS detection of chemical warfare agents in ambient air. ACS Sensors. 6 (6), 2241-2251 (2021).
  19. Chen, H., et al. SERS imaging-based aptasensor for ultrasensitive and reproducible detection of influenza virus A. Biosensors and Bioelectronics. 167, 112496 (2020).
  20. Chen, L., et al. Label-free plasmonic assisted optical trapping of single DNA molecules. Optics Letters. 46 (6), 1482 (2021).
  21. Farid, S., et al. Rainbows at the end of subwavelength discontinuities: plasmonic light trapping for sensing applications. Advanced Optical Materials. 9 (24), 1-18 (2021).
  22. Lin, S., et al. Tetragonal superlattice of elongated rhombic dodecahedra for sensitive SERS determination of pesticide residues in fruit. ACS Applied Materials and Interfaces. 12 (50), 56350-56360 (2020).
  23. Tiwari, S., Khandelwal, U., Sharma, V., Kumar, G. V. P. Single molecule surface enhanced Raman scattering in a single gold nanoparticle-driven thermoplasmonic tweezer. Journal of Physical Chemistry Letters. 12 (49), 11910-11918 (2021).
  24. Fukushima, T., et al. Visualization of molecular trapping at plasmonic metal nanostructure by surface-enhanced Raman scattering imaging. Journal of Nanophotonics. 14 (2), 1 (2020).
  25. Yuan, Y., et al. Optical trapping-assisted SERS platform for chemical and biosensing applications: Design perspectives. Coordination Chemistry Reviews. 339, 138-152 (2017).
  26. Foti, A., et al. Optical aggregation of gold nanoparticles for SERS detection of proteins and toxins in liquid environment: towards ultrasensitive and selective detection. Materials. 11 (3), 440 (2018).
  27. Dinish, U. S., et al. Single molecule with dual function on nanogold: Biofunctionalized construct for in vivo photoacoustic imaging and SERS biosensing. Advanced Functional Materials. 25 (15), 2316-2325 (2015).
  28. Tong, L., Righini, M., Gonzalez, M. U., Quidant, R., Käll, M. Optical aggregation of metal nanoparticles in a microfluidic channel for surface-enhanced Raman scattering analysis. Lab on a Chip. 9 (2), 193-195 (2009).
  29. Messina, E., et al. Plasmon-enhanced optical trapping of gold nanoaggregates with selected optical properties. ACS Nano. 5 (2), 905-913 (2011).
  30. Hwang, H., et al. In situ dynamic measurements of the enhanced SERS signal using an optoelectrofluidic SERS platform. Lab on a Chip. 11 (15), 2518-2525 (2011).
  31. Fazio, B., et al. SERS detection of biomolecules at physiological pH via aggregation of gold nanorods mediated by optical forces and plasmonic heating. Scientific Reports. 6 (1), 26952 (2016).
  32. Schlücker, S. Surface-enhanced raman spectroscopy: Concepts and chemical applications. Angewandte Chemie - International Edition. 53 (19), 4756-4795 (2014).
  33. Verma, P., Maheshwari, S. K. Preparation of sliver and selenium nanoparticles and its characterization by dynamic light scattering and scanning electron microscopy. Journal of microscopy and ultrastructure. 6 (4), 182-187 (2018).
  34. Paramelle, D., et al. A rapid method to estimate the concentration of citrate capped silver nanoparticles from UV-visible light spectra. Analyst. 139 (19), 4855-4861 (2014).
  35. Zhang, Y., et al. Facile SERS-active chip (PS@Ag/SiO2/Ag) for the determination of HCC biomarker. Sensors and Actuators B: Chemical. 272, 34-42 (2018).
  36. Cheng, M., et al. SERS immunosensor of array units surrounded by particles: A platform for auxiliary diagnosis of hepatocellular carcinoma. Nanomaterials. 10 (10), 1-11 (2020).
  37. Grubisha, D. S., Lipert, R. J., Park, H. -Y., Driskell, J., Porter, M. D. Femtomolar detection of prostate-specific antigen: an immunoassay based on surface-enhanced raman scattering and immunogold labels. Analytical Chemistry. 75 (21), 5936-5943 (2003).
  38. Wang, S., Fu, L., Zhang, Y., Wang, J., Zhang, Z. Quantitative evaluation and optimization of photothermal bubble generation around overheated nanoparticles excited by pulsed lasers. Journal of Physical Chemistry C. 122 (42), 24421-24435 (2018).

Tags

Bioengineering utgåva 184
Optisk fångst av plasmoniska nanopartiklar för in <em>situ</em> ytförbättrade Raman-spektroskopikarakteriseringar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dai, X., Qiu, W., Huang, J. Optical… More

Dai, X., Qiu, W., Huang, J. Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations. J. Vis. Exp. (184), e63862, doi:10.3791/63862 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter