Optisches Einfangen plasmonischer Nanopartikel für In-situ-oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie-Charakterisierungen

Das vorliegende Protokoll beschreibt einen bequemen Ansatz zur Integration von optischem Fang und oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS), um plasmonische Nanopartikel für die empfindliche molekulare Detektion zu manipulieren. Ohne Aggregationsmittel setzt der Fanglaser plasmonische Nanopartikel zusammen, um die SERS-Signale von Zielanalyten für spektroskopische In-situ-Messungen zu verbessern.

Dieses Protokoll bietet eine räumliche und zeitliche Kontrolle für die SERS-aktive Nanopartikelanordnung in Abwesenheit von Aggregationsmitteln, um eine empfindliche Detektion von Zielanalyten zu erreichen. Der Hauptvorteil unserer Methode besteht darin, dass keine Aggregationsmittel verwendet werden, um die SERS-aktive Nanopartikelanordnung zu erzeugen, so dass sie für die Analyse empfindlicher Biomoleküle unter physiologischen Bedingungen geeignet ist. Es ist eine vielversprechende Plattform, um Analytmoleküle wie Krankheitsbiomarker in Lösungen und unter physiologischen Bedingungen in einem mikrofluidischen System nachzuweisen.

Wenn ein Forscher diese Methode zum ersten Mal verwendet, muss er möglicherweise die Fallenlaserleistung, die Bestrahlungszeit und die Silbernanopartikelkonzentration fein abstimmen, um die beste Leistung zu erzielen. Richten Sie zunächst einen 532-Nanometer-Laserstrahl in den Flexport des optischen Pinzettenmikroskops. Richten Sie den 532-Nanometer-Laserstrahl mit einem dichroitischen 750-Nanometer-Langpassspiegel in die Stereo-Doppelschichtbahnen des optischen Pinzettenmikroskops aus, um sie mit den ursprünglichen Fanglaserstrahlen zu kombinieren, um auf die Probenkammer zu fokussieren.

Sammeln Sie das rückgestreute Licht aus der Probenkammer mit einem 750-Nanometer-dichroitischen Langpassspiegel und leiten Sie es in ein Spektrometer um, das eine flüssigkeitsstickstoffgekühlte, ladungsgekoppelte Gerätekamera enthält. Platzieren Sie vor der spektralen Erfassung einen 532-Nanometer-Kerbfilter vor dem Eingangsschlitz des Spektrometers. Reinigen Sie den Glasobjektträger und den Deckschein mit Wasser und Ethanol.

Befestigen Sie das Rahmenband am Glasobjektträger, um eine Kammer zu schaffen. Fügen Sie ein paar Tropfen der Silber-Nanopartikel-DSNB-Lösung in den Rahmen hinzu. Legen Sie den Abdeckschein auf das Rahmenband und versiegeln Sie es.

Geben Sie flüssigen Stickstoff in den Behälter der flüssigkeitsstickstoffgekühlten, ladungsgekoppelten Gerätekamera, bis die Temperatur minus 120 Grad Celsius erreicht. Blockieren Sie den Strahlweg der Raman-Sonde mit einem magnetischen Laserschutzschirm und schalten Sie dann den 532 Nanometer langen Raman-Anregungsquellenlaser ein. Befestigen Sie die Probenkammer mit der Silbernanopartikel-DSNB-Lösung auf dem Kammerhalter.

Fügen Sie Wasser in das in Wasser getauchte Objektiv hinzu und platzieren Sie den Kammerhalter sofort auf der Mikrostufe über dem Objektiv. Tropfen Sie Immersionsöl auf den Deckel und positionieren Sie den ölgetauchten Kondensator, um Partikel auf der Mikroskopkamera sichtbar zu machen. Stellen Sie die Z-Position des Objektivs ein, indem Sie den Knopf des Mikroskops drehen, bis der 532-Nanometer-Raman-Sondenstrahl auf die untere Glasoberfläche der Kammer fokussiert ist und einen weißen Fleck auf der Mikroskopkamera zeigt.

Passen Sie die X- und Y-Positionen der Mikrostufe an, um die Kammer so zu bewegen, dass der zentrale Bereich der Kammer am weißen Punkt platziert wird. Öffnen Sie die optische Pinzettensteuerungssoftware und verwenden Sie die ausgestattete Joystick-Steuerung, um den 1,064-Nanometer-Fanglaser so zu bewegen, dass er mit dem weißen Punkt überlappt. Als nächstes stimmen Sie den Knopf des Mikroskops ab, um die Z-Position des Objektivs nach oben zu bewegen.

Schalten Sie den 1,064-Nanometer-Fanglaser ein, um Silbernanopartikel in der Probenkammer anzuziehen und eine plasmonische Silbernanopartikel-Baugruppe zu erstellen. Drehen Sie den Fanglaserstrahl herunter, um bei Bedarf eine Überhitzung oder Blasenbildung zu vermeiden. Passen Sie die Position der Probenmikrostufe an, um den dunklen Fleck der plasmonischen Silbernanopartikelanordnung für spektroskopische Messungen unter den Fokus des 532-Nanometer-Raman-Sondenstrahls zu stellen.

Platzieren Sie die Neutraldichtefilter vor dem 532-Nanometer-Raman-Laserauslass, um die Leistung auf 10 Megawatt einzustellen. Geben Sie die Aufnahmezeit in das Einstellungsfeld der Spektrumsoftware ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Erfassen, um die spektrale Erfassung zu starten. Ohne den Fanglaser erzeugten die dispergierten Silbernanopartikel in der Probenkammer ein schwarzes Spektrum.

Die Erhöhung der Leistung und die Verlängerung der Bestrahlungszeit des Fanglasers könnten mehr Silbernanopartikel anziehen und einen dunklen Fleck erzeugen. Da die dispergierten Silbernanopartikel unter Brownscher Bewegung standen, waren die Interpartikelübergänge groß und instabil. Die Gesamtintensitäten von DSNB in der plasmonischen Silbernanopartikelanordnung waren höher als die des dispergierten Silbernanopartikels.

Unter Berücksichtigung der Intensität des charakteristischen Peaks bei 1,444 Zentimeter invers, kann die plasmonische Silbernanopartikelanordnung eine etwa 50-fache Verstärkung des oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie-Signals von DSNB im Vergleich zu dem der dispergierten Silbernanopartikel liefern. Die Intensitäten der charakteristischen Peaks von DSNB bei 1, 152, 1, 444 und 1.579 Zentimeter inversen über diese 20 oberflächenverstärkten Raman-Spektren wurden als Histogramme mit relativen Standardabweichungen von 6,88, 6,59 bzw. 5,48% dargestellt. Das Wichtigste bei diesem Verfahren ist, die Position des 532-Nanometer-Raman-Sondenlasers zu lokalisieren und mit dem 1,064-Nanometer-Trapping-Laser zu überlappen.

Diese Technik ebnet den Forschern den Weg, Analytmoleküle mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle unter physiologischen Bedingungen für zukünftige In-vivo-Analysen nachzuweisen.