Una superficie basada en el filtro mejorado de Raman espectroscópico Ensayo para la detección rápida de contaminantes químicos
19 de febrero de 2016
Se presenta un procedimiento para la fabricación y la realización de la superficie a base de filtro de Raman espectroscópico (SERS) de ensayo mejorado para la detección de contaminantes químicos (es decir, ferbam pesticidas y antibiótico ampicilina).
El objetivo general de este método de espectroscopia Raman mejorada en superficie basado en filtros es detectar varias moléculas objetivo a niveles de trazas en muestras líquidas. Dos ventajas de esta técnica son la reducción de los costes en el tiempo de preparación de la muestra, lo que es más importante, esta técnica proporciona una mayor sensibilidad al utilizar mayores volúmenes de muestra, reduciendo así el límite de detección. Generally, individuals new to this method will struggle because nano-particles may not be trapped in the pores of the membranewithout a proper aggregation step or they may not be uniformly distributed on the membraneTo begin, prepare 100 milliliters of fresh silver nitrate solution and heat it to boiling on a 350 degree Celsius hotplate with magnetic stirring at 700 RPM.
Una vez que hierva, agregue inmediatamente un mililitro de solución de citrato de sodio recién preparada y deje hervir la solución durante 25 minutos. A medida que se forman las nanopartículas de plata, la solución se vuelve de color marrón verdoso. Después de 25 minutos, coloque el matraz en una placa de agitación sin calentar y déjelo remover durante la noche a 700 RPM.
Por la mañana, la mezcla debe estar en un estado estable, con un color y transparencia constantes. Si lo desea, mida la absorbencia de las nanopartículas. Proceda diluyendo la mezcla con agua ultrapura hasta 100 mililitros.
A continuación, utiliza un zetasizador para medir el tamaño de las nanopartículas de plata. Para su almacenamiento, transfiera las nanopartículas de plata a un recipiente sellado. Protégelo de la luz con una envoltura de aluminio.
El coloide se mantendrá en buen estado hasta dos meses a cuatro grados centígrados. To make a SERS active filter membranefirst add one milliliter of five millimolar sodium chloride to one milliliter of prepared colloid. Y mézclalos con un nutator a 20 RPM durante 10 minutos.
As the silver nano-clusters form, prepare a PVDF membranewith a zero point one micron pores. Es fundamental que el portafiltros esté completamente seco y que el filtro esté en la orientación correcta. After 10 minutes of mixing, filter the two milliliters of nano-clusters by pushing them through the membraneat a rate of about one drop per second.
Empuje la solución de forma continua y sin interrupciones. The result is a SERS active filter membraneCarefully detach the active filter membraneusing tweezers. Luego, déjalo secar al aire durante tres minutos.
Once dry transfer the SERS active membraneto a glass slide. Ahora, para la detección Raman del sustrato SERS, configure el instrumento en un láser de 780 nanómetros que funcione a cinco milivatios. Ajuste el tiempo de exposición a un segundo y la intensidad de exposición a dos.
Usando un subjetivo de 10 X, concéntrese en la muestra. Asegúrese de que el software también esté configurado en un subjetivo 10 X. Now, randomly select eight to 10 spots on the membraneand use the instrument to collect data from them.
A continuación, abra los datos espectrales en el software del fabricante para su análisis. Para comenzar, haga una dilución en serie de 100 partes por millón de solución de ferbam para obtener cinco mililitros de 10 partes por billón de solución de ferbam y 50% de nitrilo. Now, position the active membraneinto a filter holder with the nano-particle coating facing up.
Luego, cargue la muestra de cinco mililitros en una jeringa nueva y coloque el filtro activo. Ahora, empuje la muestra a través del filtro a un flujo continuo de aproximadamente una gota por segundo. Once the solution is filtered, carefully detach the membraneand allow it to air dry for three minutes.
Immediately proceed with Raman detection once the membraneis dry. Realice la recopilación de datos como antes. Con este método se probaron varios volúmenes de nanopartículas de plata.
The volume of silver nano-particles solution used to coat the membranethat provided the maximized sensitivity was one milliliter. La medición del desplazamiento Raman muestra que el espectro SERS de 10 partes por billón de ferbam fue detectable. El pico, en 1386, se debe a la vibración mixta del estiramiento del doble enlace de cianuro y azufre de carbono y a la deformación simétrica del grupo metilo.
El pico en 1516, se asocia con el estiramiento del grupo metilo y el cianuro y el pico en 561, se genera por el estiramiento del enlace de azufre. También se detectó claramente un espectro de una parte por millón de ampicilina. Los picos como 1594 y 1447 son por estiramiento de doble enlace de carbono y deformación del grupo etilo de metilina respectivamente.
El pico fuerte en 1001, es de la vibración del anillo de bencina. El pico en 852 se asocia con el estiramiento CNC simétrico. Al aumentar el volumen de la muestra, aumentó el límite de detección.
Las ventajas de este método basado en filtros incluyen un volumen ajustable y un límite de detección ajustable. After watching this video you should have a good understanding of how to fabricate a uniform sensitive nanosubstrate using a filter membraneOnce mastered this technique can be done in 30 minutes if it is performed properly, following this procedure other methods like SEM or TEM can be performed in order to answer additional questions like the distribution of silver nano-particles on the membraneAfter its development, Esta técnica allanó el camino para que los asercionistas en el campo de la química analítica exploraran objetivos químicos traza en diversas muestras de alimentos y medio ambiente. No olvide que trabajar con pesticidas y toxinas biológicas puede ser extremadamente peligroso.
Siempre se debe usar una bata de laboratorio, un respirador y gafas de seguridad mientras se realiza este procedimiento.
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Descripción general
Este artículo presenta un procedimiento para la fabricación y realización de un ensayo de espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) basado en filtros, dirigido a la detección de contaminantes químicos, específicamente el pesticida ferbam y el antibiótico ampicilina. El método mejora la sensibilidad y reduce el tiempo de preparación de la muestra.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Química Analítica
- Ciencia Ambiental
- Biotecnología
Antecedentes
- La espectroscopía Raman mejorada por superficie (SERS) es una técnica potente para detectar niveles traza de moléculas.
- Los métodos tradicionales pueden requerir una preparación extensa de la muestra y quizás no alcancen la sensibilidad deseada.
- Este método utiliza nanopartículas de plata para potenciar la señal Raman.
- La agregación y distribución adecuadas de las nanopartículas son fundamentales para una aplicación exitosa.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método rentable para detectar contaminantes químicos.
- Mejorar la sensibilidad en la detección de moléculas diana en muestras líquidas.
- Proporcionar un protocolo confiable para investigadores nuevos en técnicas de SERS.
Métodos Utilizados
- Preparación de la solución de nitrato de plata y citrato de sodio para la síntesis de nanopartículas.
- Calentamiento y agitación de la solución para formar nanopartículas de plata.
- Uso de un enfoque basado en filtros para mejorar el ensayo SERS.
- Prueba del método en contaminantes específicos como ferbam y ampicilina.
Resultados principales
- El método detecta con éxito bajas concentraciones de contaminantes químicos.
- Se logró una mayor sensibilidad en comparación con los métodos tradicionales.
- Se observó una reducción en el tiempo de preparación de muestras.
- Se abordaron los desafíos relacionados con la agregación y distribución de nanopartículas.
Conclusiones
- El ensayo SERS basado en filtros es una herramienta prometedora para la vigilancia ambiental.
- Las aplicaciones futuras podrían extenderse a diversos campos que requieran detección de trazas.
- Una mayor optimización podría mejorar la eficacia del método.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La detección rápida y sensible de contaminantes químicos es fundamental para la evaluación temprana de riesgos y el control de calidad en la investigación y desarrollo de biofármacos y biotecnología. El ensayo SERS basado en filtros permite la cuantificación de analitos a niveles traza en matrices líquidas, lo que favorece la confianza predictiva y la reducción de riesgos mecanicistas en puntos clave de inflexión del descubrimiento. Esta capacidad fortalece la selección de carteras y acelera la toma de decisiones respecto a la progresión de compuestos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar hipótesis sobre exposición química mediante la detección de contaminantes a niveles de traza.
- Apoya la validación funcional de objetivos analíticos al cuantificar moléculas de baja abundancia.
- Facilita la reducción mecanicista de riesgos al proporcionar lecturas sensibles y reproducibles para la interacción con el objetivo.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Prepara sustratos activos para SERS validados para flujos de trabajo de cribado de contaminantes posteriores.
- Proporciona salidas cuantitativas de Raman estandarizadas para la reproducibilidad y comparabilidad del ensayo.
- Permite el cribado escalable y rápido de diversos analitos químicos en muestras líquidas.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Se alinea con estrategias traslacionales de biomarcadores al permitir la detección de contaminantes traza relevantes para estudios de seguridad y eficacia.
- Apoya la continuidad desde el descubrimiento analítico hasta la validación preclínica mediante plataformas de detección robustas y sensibles.
- Proporciona una reducción predictiva de riesgos para responsabilidades relacionadas con el medio ambiente y la formulación.
Integración de la Secuencia y Flujo de Trabajo
Este ensayo SERS basado en filtros se integra en la continuidad analítica desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica, permitiendo la detección temprana y la cuantificación de contaminantes químicos que podrían afectar la selección de candidatos o el desarrollo de formulaciones.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al permitir la detección de analitos traza.
- Examen: Proporciona sustratos SERS listos para ensayos y reproducibles para el examen de contaminantes con alta sensibilidad.
- Análisis: Ofrece resultados espectrales cuantitativos de Raman para comparaciones robustas entre diferentes condiciones experimentales.
- Investigación Traducional: Facilita la alineación con estrategias de evaluación de biomarcadores y seguridad cuando los contaminantes traza son relevantes.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma analítica reutilizable adaptable a diversos objetivos químicos y tipos de muestras.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la detección de contaminantes.
- Valor operativo: Estandariza la preparación de muestras y las mediciones, mejorando la reproducibilidad y la escalabilidad.
- Valor estratégico: Permite decisiones más rápidas de avance o interrupción y reduce el riesgo en fases avanzadas debido a contaminantes no detectados.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización y el avance ajustados al riesgo de candidatos con menores limitaciones analíticas.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la síntesis de nanopartículas y la fabricación de sustratos para SERS.
- Necesita acceso a instrumentación de espectroscopía Raman y software analítico.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de preparación de muestras y mediciones.
- Adaptable a diversas matrices de muestras líquidas, considerando la agregación de nanopartículas y la compatibilidad con membranas.
- Las limitaciones prácticas incluyen la distribución uniforme de nanopartículas y el manejo de membranas, como se indica en el protocolo.
