Name: Una Superficie-filtro basato avanzata Raman spettroscopica Assay per Rapid individuazione dei contaminanti chimici (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Scopri un metodo SERS su membrana filtrante per rilevare pesticidi e antibiotici a tracce con alta sensibilità. Questa tecnica riduce i tempi di preparazione e abbassa il limite di rilevamento.

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Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dal Dipartimento della Sicurezza Nazionale degli Stati Uniti nell'ambito della sovvenzione numero 2010-ST-061-FD0001 attraverso una sovvenzione assegnata dal National Center for Food Protection and Defense presso l'Università del Minnesota. Disclaimer: Le opinioni e le conclusioni contenute in questo documento sono quelle degli autori e non devono essere interpretate come necessariamente rappresentative delle politiche ufficiali, espresse o implicite, del Dipartimento per la sicurezza interna degli Stati Uniti o del National Center for Food Protection and Defense.

1. argento delle nanoparticelle di sintesi 15 <ol><li> Sciogliere 18 mg di nitrato d&#39;argento in 100 ml di acqua ultrapura (18.2 ΩU) e vortex per 5 sec. </li><li> Sciogliere 27 mg di sodio citrato diidrato in acqua 1 ml e vortex per 5 sec. </li><li> Trasferire tutta la soluzione di nitrato d&#39;argento disposti in una beuta contenente una barra di agitazione e mettere il pallone su una piastra calda magnetica. Riscaldare il pallone sotto agitazione vigorosa con una velocità di agitazione di 700 giri al minuto a ~ 350 ° C (temperatura impostata sulla piastra). </li><li> Quando bolle, aggiungere tutta la soluzione di citrato di sodio preparato nella beuta immediatamente e lasciare la soluzione a bollire per altri 25 min fino a quando la soluzione diventa marrone verdastro, che indica la formazione di Ag NP. </li><li> Togliere il pallone dalla piastra calda e metterlo su un altro piatto magnetico (non riscaldare) e mescolare O / N alla stessa velocità di agitazione a temperatura ambiente fino a quando il composto non raggiunge uno stato stabile, con un colore costante e transparency. Utilizzare uno spettrometro UV-vis per determinare l&#39;assorbimento delle Ag NP preparati, se necessario. </li><li> Diluire la miscela finale con acqua ultrapura a 100 ml. </li><li> Utilizzare un Zetasizer per misurare le dimensioni delle nanoparticelle di Ag, se necessario, secondo il protocollo del produttore. </li><li> Trasferire il colloide Ag in un contenitore sigillato e proteggerlo dalla luce con un foglio di alluminio. Il colloide può essere conservato in frigorifero a 4-7 ° C per 2 mesi, se necessario. </li></ol> 2. Realizzazione di un SERS attivo filtro a membrana <ol><li> Sciogliere 2,92 g di cloruro di sodio (NaCl) in 100 ml di acqua per ottenere una soluzione 50 mM di NaCl. </li><li> Aggiungere 1 ml di soluzione 5 mM NaCl in 1 ml di Ag NP preparati e mescolare su un agitatore oscillante per 10 min a 20 rpm. Questo passo è quello di aggregare le NP Ag in nanoclusters AG. </li><li> Collocare una membrana filtrante (PVDF, 0,1 micron dimensione dei pori) in un portafiltro, che può essere collegato ad una siringa. La membrana dimensione dei pori più piccola era FOund più efficace rispetto alla dimensione dei pori di membrana più grandi (cioè, 0,22 micron) in intrappolamento nanocluster Ag e produrre segnali coerenti. </li><li> Carico 2 ml di nanocluster Ag preparati nella siringa per la filtrazione. Agganciare il portafiltro alla siringa e passare manualmente l&#39;intero volume di nanocluster Ag attraverso la membrana al flusso di 1 goccia / sec. I nanocluster trappole membrana Ag, formando una membrana filtrante SERS-attiva. </li><li> Staccare la membrana del filtro dal supporto del filtro. Particolare cautela è necessaria quando si tiene la membrana sul bordo esterno usando un paio di pinzette per garantire nessun danno alla membrana. Aria secca per circa 3 min e posto membrana su un vetrino. </li><li> rilevamento Raman del substrato SERS <ol><li> Impostare lo strumento Raman di un laser a lunghezza d&#39;onda di 780 nm con una potenza laser di 5 mW, tempo di esposizione di 1 secondo e l&#39;esposizione numero di 2. Impostare l&#39;obiettivo microscopico a 10 volte. Assicurarsi che l&#39;obiettivo del software è impostato di conseguenza troppo. &lt;/ Li&gt; <li> Posizionare il vetrino con la membrana in alto sulla piattaforma dello strumento Raman e utilizzare il microscopio a concentrarsi sulla superficie della membrana. </li><li> Casualmente selezionare 8-10 macchie dalla superficie della membrana e lo strumento raccoglierà automaticamente in sequenza. Aperte dati spettrali nel software del produttore per l&#39;analisi. </li></ol></li></ol> 3. Applicazione della SERS Filtro Attivo sistema di rilevare contaminanti chimici <ol><li> Preparare una soluzione ferbam 10 ppb. Attenzione: Ferbam è altamente volatile. Utilizzare precauzioni (respiratore e occhiali) nel valutare il solido. <ol><li> Pesare 2 mg polvere ferbam e scioglierlo in 20 ml 50% acetonitrile (10 ml di acetonitrile e 10 ml di acqua) per ottenere una soluzione stock (100 ppm). Agitare il pallone per 30 sec. </li><li> Prendere 1 ml di soluzione ferbam 100 ppm in una provetta e aggiungere 9 ml 50% acetonitrile per ottenere una soluzione 10 ppm. Agitare la provetta per 5 secondi. </li><li> Prendere 1 ml di10 ppm soluzione in una provetta e aggiungere 9 ml 50% acetonitrile per ottenere una soluzione 1 ppm. Agitare la provetta per 5 secondi. </li><li> Prendere 1 ml della soluzione di 1 ppm in una provetta e aggiungere 9 ml 50% acetonitrile per ottenere una soluzione di 100 ppb. Agitare la provetta per 5 secondi. </li><li> Prendere 1 ml della soluzione 100 ppb in una provetta e aggiungere 9 ml 50% acetonitrile per ottenere una soluzione 10 ppb. Agitare la provetta per 5 secondi. </li></ol></li><li> Preparare una soluzione ampicillina 1 ppm. <ol><li> Pesare 10 mg polvere ampicillina e sciogliere in 100 ml di acqua per ottenere una soluzione ampicillina 100 ppm. Agitare il pallone per 30 sec. </li><li> Prendere 1 ml della soluzione 100 ppm in una provetta e aggiungere 9 ml di acqua per ottenere una soluzione ampicillina 10 ppm. Agitare la provetta per 5 secondi. </li><li> Prendere 1 ml della soluzione di 10 ppm in una provetta e aggiungere 9 ml di acqua per ottenere una soluzione ampicillina 1 ppm. Agitare la provetta per 5 secondi. </li></ol></li><li> Mettere la membrana del filtro ai portafiltri, con il lato rivestito NP rivolto verso l&#39;alto. &lt;/ Li&gt; <li> Carico 5 ml di un campione in una nuova siringa, e poi attaccarlo al supporto del filtro con una membrana di Ag ricoperto all&#39;interno. </li><li> Far passare manualmente l&#39;intero volume del campione attraverso la membrana al flusso di 1 goccia / sec. molecole bersaglio possono essere assorbiti e concentrati sulle NP adesi alla membrana del filtro. </li><li> Sfilare membrana del filtro dal portafiltro, asciugare all&#39;aria per circa 3 minuti e misurare i segnali utilizzando lo strumento Raman utilizzando lo stesso metodo descritto al punto 2.6. </li><li> Ripetere passaggio 2.2 2.6 preparare un&#39;altra membrana Ag-rivestito, e seguire dal punto 3.3 per il rilevamento degli altri campioni. </li></ol>

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<li>Walter, A., März, A., Schumacher, W., Rösch, P., Popp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+fast%2C+high+specific+and+reliable+discrimination+of+bacteria+on+strain+level+by+means+of+SERS+in+a+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab.+Chip%22%5BJournal%5D)">Towards a fast, high specific and reliable discrimination of bacteria on strain level by means of SERS in a microfluidic device.</a> Lab. Chip. 11 (6), 1013-1021 (2011).</li>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Uno dei passaggi critici in questo protocollo è la sintesi Ag NP, dove uniformi Ag NP sono la chiave per ottenere risultati coerenti. Il tempo di riscaldamento e le concentrazioni di precursori devono essere controllati con precisione. La dimensione media di questa preparazione AGNPS è di 80 nm, che è stata misurata dal Zetasizer (dati non mostrati). Un altro passo importante è l&#39;aggregazione di sale in cui la concentrazione di sale e tempo di aggregazione devono essere controllati con precisione. Inoltre, la scelta...

Surface Enhanced spettroscopia Raman (SERS) è una tecnica che combina spettroscopia Raman con la nanotecnologia. L&#39;intensità di scattering Raman di analiti a nobili metallici nano-superfici è notevolmente migliorata dalla risonanza plasmonica di superficie localizzata. 1 nanoparticelle di argento (Ag NP) sono di gran lunga i SERS più utilizzati substrati grazie alla sua elevata capacità di valorizzazione. 2 Fino ad oggi , sono stati sviluppati diversi metodi di sintesi di Ag NP. 3-6 Ag NP può essere usato da solo come substrati SERS efficaci, o combinati con altri materiali e strutture per migliorare la sensibilità e / o la funzionalità. 7-11 Tecniche SERS hanno dimostrato grande capacità di rilevamento di vari contaminanti quantità in tracce negli alimenti e nei campioni ambientali 12 Tradizionalmente, ci sono due modi comuni per la preparazione di un campione SERS:.. Soluzione-based e metodi di substrato a base 13 Il metho soluzione basata sud utilizza colloidi NP per mescolare con i campioni. Poi il complesso NP-analita viene raccolto mediante centrifugazione, e depositato su un supporto solido per la misurazione Raman dopo l&#39;essiccazione. Il metodo substrato a base di solito è applicata depositando diversi microlitri di campione liquido sul substrato solido prefabbricato. 14 Tuttavia, nessuno di questi due metodi sono efficaci e applicabili per una grande quantità di volume di campione. Diverse modifiche dei dosaggi SERS superato i limiti di volume, come l&#39;integrazione di un sistema di filtri 15-21 o l&#39;incorporazione di un dispositivo microfluidico. 21-24 I saggi SERS modificati hanno mostrato grande miglioramento nella sensibilità e la fattibilità del monitoraggio dei contaminanti chimici in grandi campioni di acqua. Qui mostriamo il protocollo dettagliato di fabbricazione e applicazione di un metodo basato SERS filtro siringa per rilevare quantità traccia di ferbam pesticidi e antibiotici ampicillina.

<table><tbody><tr><td>Ampicillina</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP1760-5</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Ferbam</td><td>Chem Service</td><td>N-11970-250MG</td><td>98+%</td></tr><tr><td>Nitrato d'argento</td><td>Sigma Aldrich</td><td>209139</td><td>99,0+%</td></tr><tr><td>Citrato di sodio disidratato</td><td>Sigma Aldrich</td><td>W302600</td><td>99+</td></tr><tr><td>%Cloruro di sodio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td>99,5+%</td></tr><tr><td>EMD Millipore Filtri a membrana Durapore PVDF</td><td>Fisher Scientific</td><td>VVLP01300</td><td>0,10 &; m Dimensione dei pori, policarbonato idrofilo</td></tr><tr><td>Portafiltri</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-29550-40</td><td></td></tr><tr><td>Miscelatore a vortice analogico</td> da 13 mm <td>di diametro Fisher Scientific</td><td>02-215-365</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Miscelatori nuttanti</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-450-213</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Spettroscopio Raman DXR</td><td>Thermo Scientific</td><td>IQLAADGABFFAHCMAPB</td><td>Potenza laser: 1 mW Tempo di esposizione: 5 sec</td></tr></tbody></table>

una superficie-filtro basato avanzata raman spettroscopica assay per rapid individuazione dei contaminanti chimici

A Filter-based Surface Enhanced Raman Spectroscopic Assay for Rapid Detection of Chemical Contaminants

Dimostriamo un metodo per fabbricare substrati spettroscopici Raman altamente sensibili (SERS) con superficie potenziata utilizzando un sistema di siringhe filtranti che può essere applicato alla rilevazione di vari contaminanti chimici. Le nanoparticelle d'argento (Ag NPs) sono sintetizzate attraverso la riduzione del nitrato d'argento da parte del citrato di sodio. Quindi le NP vengono aggregate dal cloruro di sodio per formare nanocluster che potrebbero essere intrappolati nei pori della membrana del filtro. Una siringa è collegata al portafiltro, con una membrana filtrante all'interno. Caricando i nanocluster nella siringa e passando attraverso la membrana, il liquido passa attraverso la membrana ma non i nanocluster, formando una membrana attiva per SERS. Durante l'analisi dell'analita, il campione liquido viene caricato nella siringa e fatto fluire attraverso la membrana rivestita di Ag NPs. L'analita si lega e si concentra sulla membrana rivestita di Ag NPs. Quindi la membrana viene staccata dal portafiltro, essiccata all'aria e misurata da uno strumento Raman. Qui presentiamo lo studio dell'effetto volume delle NP di Ag e del campione sulla sensibilità di rilevamento, nonché la rilevazione di 10 ppb di ferbam e 1 ppm di ampicillina utilizzando il saggio sviluppato.

Le fasi principali di questo esperimento sono stati mostrati nel diagramma schematico (Figura 1). La Figura 2 ha dimostrato l&#39;importanza di usare il volume ottimizzata AGNPS nel rivestimento della membrana al fine di ottenere sensibilità massimizzato. 1 ml di Ag NP fornisce il segnale più forte quando si utilizza ferbam, rispetto a 0,5 ml (rivestimento insufficiente) o 2 ml (troppo rivestimento). <p class="jove_content" fo:keep-t...

Procedimento per la fabbricazione ed eseguendo la superficie filtro Enhanced Raman spettroscopiche (SERS) Test per l&#39;individuazione dei contaminanti chimici (cioè, ferbam pesticidi e ampicillina) è presentata.

Una Superficie-filtro basato avanzata Raman spettroscopica Assay per Rapid individuazione dei contaminanti chimici

We demonstrate a method to fabricate highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopic (SERS) substrates using a filter syringe system that can be ...

L'obiettivo generale di questo metodo basato su filtro per la spettroscopia Raman amplificata su superficie è la rilevazione di diverse molecole bersaglio a livelli traccia in campioni liquidi. Due vantaggi di questa tecnica sono la riduzione dei costi e del tempo di preparazione del campione; ancora più importante, questa tecnica offre una sensibilità maggiore grazie all'uso di volumi campione più elevati, riducendo così il limite di rilevazione. In generale, le persone nuove rispetto a questo metodo potrebbero incontrare difficoltà perché le nanoparticelle potrebbero non rimanere intrappolate nei pori della membrana senza un adeguato passaggio di aggregazione oppure potrebbero non distribuirsi in modo uniforme sulla membrana. Per iniziare, preparare 100 millilitri di soluzione fresca di nitrato d'argento e riscaldarla fino all'ebollizione su una piastra riscaldante a 350 gradi Celsius con agitazione magnetica a 700 giri al minuto.Dopo aver raggiunto l'ebollizione, aggiungere immediatamente un millilitro di soluzione di citrato di sodio appena preparata e far bollire la soluzione per 25 minuti. Mentre si formano le nanostrutture d'argento, la soluzione diventerà verde-bruna. Trascorsi 25 minuti, posizionare il pallone su un agitatore non riscaldato e lasciarlo agitare tutta la notte a 700 giri al minuto.Al mattino, la miscela dovrebbe essere in uno stato stabile, con un colore e una trasparenza costanti. Se lo si desidera, misurare l'assorbanza delle nano-particelle. Procedere diluendo la miscela con acqua ultrapura fino a 100 millilitri.Successivamente, utilizzare un zetasizer per misurare la dimensione delle nanoparticelle d'argento. Per la conservazione, trasferire le nanoparticelle d'argento in un contenitore sigillato. Proteggerle dalla luce avvolgendole in un foglio di alluminio.Il colloide rimarrà stabile fino a due mesi a quattro gradi Celsius. Per preparare una membrana filtrante attiva per la SERS, aggiungere prima un millilitro di cloruro di sodio cinque millimolare a un millilitro di colloide preparato. Quindi mescolare utilizzando un nutatore a 20 giri al minuto per 10 minuti.Mentre si formano i nanoaggregati d'argento, preparare una membrana in PVDF con pori di zero virgola uno micron. È fondamentale che il portafiltri sia completamente asciutto e che il filtro sia orientato correttamente. Dopo 10 minuti di mescolamento, filtrare i due millilitri di nanoaggregati spingendoli attraverso la membrana a una velocità di circa una goccia al secondo.Spingere la soluzione in modo continuo senza interruzioni. Il risultato è una membrana filtrante attiva per la SERS. Staccare con cura la membrana filtrante attiva utilizzando pinzette. Quindi, lasciarla asciugare all'aria per tre minuti.Dopo averlo asciugato, trasferire la membrana attiva per la SERS su un vetrino. A questo punto, per il rilevamento Raman del substrato SERS, impostare lo strumento su un laser da 780 nano-metri funzionante a cinque milliwatt. Impostare il tempo di esposizione a un secondo e l'intensità di esposizione a due.Utilizzando un obiettivo 10X, mettere a fuoco il campione. Assicurarsi che anche il software sia impostato su un obiettivo 10X. Selezionare ora casualmente da otto a dieci punti sulla membrana e utilizzare lo strumento per raccogliere i dati da questi punti.Quindi, aprire i dati spettrali nel software del produttore per l'analisi. Per iniziare, preparare una diluizione seriale di una soluzione di ferbam a 100 parti per milione per ottenere cinque millilitri di una soluzione di ferbam a 10 parti per miliardo e 50% acitrile-nitrile. Ora, posizionare la membrana attiva nel portafiltro con il rivestimento di nanoparticelle rivolto verso l'alto.Quindi, caricare il campione di cinque millilitri in una nuova siringa e collegare il filtro attivo. Ora, spingere il campione attraverso il filtro a un flusso continuo di circa una goccia al secondo. Una volta filtrata la soluzione, staccare con cura la membrana e lasciarla asciugare all'aria per tre minuti.Procedere immediatamente con la rilevazione Raman non appena la membrana è asciutta. Eseguire la raccolta dei dati come in precedenza. Sono stati testati diversi volumi di nanoparticelle d'argento utilizzando questo metodo.Il volume di soluzione di nanoparticelle d'argento utilizzato per rivestire la membrana, che ha fornito la sensibilità massima, era di un millilitro. La misurazione dello spostamento Raman mostra che lo spettro SERS di 10 parti per miliardo di ferbam era rilevabile. Il picco a 1386 è dovuto alla vibrazione combinata dello stiramento del doppio legame cianuro-zolfo e della deformazione simmetrica del gruppo metile.Il picco a 1516 è associato all'allungamento del gruppo metile e del cianuro e il picco a 561 è generato dall'allungamento del legame sulfureo. È stato inoltre chiaramente rilevato uno spettro corrispondente a una parte per milione di ampicillina. I picchi a 1594 e 1447 derivano rispettivamente dall'allungamento del doppio legame carbonio-carbonio e dalla deformazione del gruppo metilene etilico.Il picco intenso a 1001 proviene dalla vibrazione dell'anello benzenico. Il picco a 852 è associato allo stiramento simmetrico di CNC. Aumentando il volume del campione, il limite di rilevamento è aumentato.I vantaggi di questo metodo basato su filtro includono un volume regolabile e un limite di rilevamento regolabile. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come fabbricare un nanosubstrato sensibile uniforme utilizzando una membrana filtrante. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 30 minuti se effettuata correttamente; seguendo questa procedura, altri metodi come SEM o TEM possono essere eseguiti per rispondere a domande aggiuntive, come la distribuzione delle nanoparticelle d'argento sulla membrana. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada a nuovi strumenti nel campo della chimica analitica per esplorare tracce di sostanze chimiche in vari campioni alimentari e ambientali. Non dimenticare che lavorare con pesticidi e tossine biologiche può essere estremamente pericoloso.Indossare sempre una campana da laboratorio, un respiratore e occhiali di sicurezza durante l'esecuzione di questa procedura.

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