Intrappolamento ottico di nanoparticelle plasmoniche per la caratterizzazione della spettroscopia Raman potenziata dalla superficie in situ

Il presente protocollo descrive un approccio conveniente per integrare l'intrappolamento ottico e la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) per manipolare nanoparticelle plasmoniche per il rilevamento molecolare sensibile. Senza agenti aggreganti, il laser trappola assembla nanoparticelle plasmoniche per migliorare i segnali SERS degli analiti target per misurazioni spettroscopiche in situ .

Questo protocollo fornisce il controllo spaziale e temporale per l'assemblaggio di nanoparticelle attive SERS in assenza di agenti di aggregazione per ottenere il rilevamento sensibile degli analiti target. Il vantaggio principale del nostro metodo è che non vengono utilizzati agenti di aggregazione per generare l'assemblaggio di nanoparticelle attive SERS, quindi viene utilizzato adatto per analizzare biomolecole sensibili in condizioni fisiologiche. È una piattaforma promettente per rilevare molecole analitiche come il biomarcatore di malattia in soluzioni e in condizioni fisiologiche in un sistema microfluidico.

Quando si utilizza questo metodo per la prima volta, un ricercatore potrebbe aver bisogno di mettere a punto la potenza del laser di trappola, il tempo di irradiazione e la concentrazione di nanoparticelle d'argento per ottenere le migliori prestazioni. Per iniziare, dirigere un raggio laser a 532 nanometri nella porta flessibile del microscopio ottico a pinzetta. Allineare il raggio laser a 532 nanometri nei percorsi stereo a doppio strato del microscopio ottico a pinzetta con uno specchio dicroico a passo lungo di 750 nanometri per combinarli con i raggi laser di intrappolamento originali per concentrarsi sulla camera del campione.

Raccogliere la luce retrodiffusa dalla camera del campione utilizzando uno specchio dicroico a passo lungo di 750 nanometri e reindirizzarla in uno spettrometro contenente una fotocamera del dispositivo ad accoppiamento di carica raffreddato ad azoto liquido. Posizionare un filtro notch da 532 nanometri davanti alla fessura di ingresso dello spettrometro prima dell'acquisizione spettrale. Pulire il vetrino e il vetrino di copertura con acqua ed etanolo.

Fissare il nastro del telaio al vetrino per creare una camera. Aggiungere alcune gocce della soluzione DSNB di nanoparticelle d'argento nel telaio. Metti la copertina sul nastro del telaio e sigillalo.

Aggiungere azoto liquido al contenitore della fotocamera del dispositivo ad accoppiamento di carica raffreddato ad azoto liquido fino a quando la temperatura raggiunge meno 120 gradi Celsius. Bloccare il percorso del fascio della sonda Raman utilizzando uno schermo di sicurezza laser magnetico, quindi accendere il laser a sorgente di eccitazione Raman a 532 nanometri. Fissare la camera del campione con la soluzione DSNB di nanoparticelle d'argento sul supporto della camera.

Aggiungere acqua all'obiettivo immerso nell'acqua, quindi posizionare immediatamente il supporto della camera sul microstadio sopra l'obiettivo. Far cadere l'olio ad immersione sulla parte superiore del vetrino del coperchio e posizionare il condensatore immerso in olio per visualizzare le particelle sulla fotocamera del microscopio. Regolare la posizione Z dell'obiettivo ruotando la manopola del microscopio fino a quando il fascio della sonda Raman a 532 nanometri non viene focalizzato sulla superficie inferiore della camera, mostrando una macchia bianca sulla fotocamera del microscopio.

Regolare le posizioni X e Y del microstadio per spostare la camera per posizionare la regione centrale della camera nel punto bianco. Aprire il software di controllo delle pinzette ottiche e utilizzare il controllo joystick dotato per spostare il laser di intrappolamento a 1.064 nanometri in modo che si sovrapponga al punto bianco. Quindi, sintonizzare la manopola del microscopio per spostare la posizione Z dell'obiettivo verso l'alto.

Accendere il laser di intrappolamento da 1.064 nanometri per attirare le nanoparticelle d'argento nella camera del campione e creare un assemblaggio di nanoparticelle d'argento plasmonico. Abbassare il raggio laser di intrappolamento per evitare il surriscaldamento o la formazione di bolle quando necessario. Regolare la posizione del microstadio del campione per posizionare la macchia scura del gruppo di nanoparticelle d'argento plasmonico sotto il fuoco del fascio di sonda Raman a 532 nanometri per misurazioni spettroscopiche.

Posizionare i filtri a densità neutra davanti all'uscita laser Raman a 532 nanometri per regolare la potenza a 10 megawatt. Immettere il tempo di acquisizione nel pannello delle impostazioni nel software dello spettro e fare clic sul pulsante Acquisisci per avviare l'acquisizione spettrale. Senza il laser trapping, le nanoparticelle d'argento disperse nella camera del campione hanno generato uno spettro nero.

Aumentare la potenza e prolungare il tempo di irradiazione del laser di cattura potrebbe attirare più nanoparticelle d'argento e generare una macchia scura. Poiché le nanoparticelle d'argento disperse erano sotto moto browniano, le giunzioni interparticellari erano grandi e instabili. Le intensità complessive di DSNB nell'assemblaggio plasmonico di nanoparticelle d'argento erano superiori a quelle della nanoparticella d'argento dispersa.

Considerando l'intensità del picco caratteristico a 1.444 centimetri inverso, l'assemblaggio di nanoparticelle d'argento plasmoniche può fornire un miglioramento di circa 50 volte del segnale spettroscopico Raman potenziato dalla superficie di DSNB rispetto a quello delle nanoparticelle d'argento disperse. Le intensità dei picchi caratteristici di DSNB a 1, 152, 1, 444 e 1.579 centimetri inversi attraverso questi 20 spettri Raman potenziati dalla superficie sono state tracciate come istogrammi con deviazioni standard relative rispettivamente di 6,88, 6,59 e 5,48%. La cosa più importante in questa procedura è localizzare la posizione del laser a sonda Raman a 532 nanometri e sovrapporlo al laser di intrappolamento a 1.064 nanometri.

Questa tecnica apre la strada ai ricercatori per rilevare molecole di analita con controllo spaziale e temporale in condizioni fisiologiche per future analisi in vivo.