Au@Carbon 도트 나노프로브를 기반으로 하는 Label-Free Surface-Enhanced Raman Scattering Bioanalysis

요약

본 연구에서는 생체적합성이 우수한 저비용 표면 강화 라만 산란(SERS) 기반 지문 나노프로브를 개발하여 비파괴 방법으로 살아있는 세포의 SERS 스펙트럼을 얻는 방법을 자세히 보여주기 위해 라벨이 없는 생세포 바이오이미징을 보여주고 두 가지 박테리아 균주를 검출했습니다.

초록

표면 강화 라만 산란(SERS) 기술은 생물학적 샘플의 분자 지문 정보를 제공할 수 있는 능력과 단일 세포 분석의 잠재력으로 인해 생물 의학 분야에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 이 연구는 Au@carbon 도트 나노프로브(Au@CDs)를 기반으로 하는 무표지 SERS 바이오분석을 위한 간단한 전략을 수립하는 것을 목표로 합니다. 여기서, 폴리페놀 유래 CD는 코어쉘 Au@CD 나노구조를 빠르게 합성하기 위한 환원제로 활용되며, 이는 협력적인 라만 강화 메커니즘으로 인해 메틸렌 블루(MB)의 농도가 ^10-9M 로 낮을 때에도 강력한 SERS 성능을 가능하게 합니다. 생물 분석의 경우 Au@CDs 고유한 SERS 나노센서 역할을 하여 생물 시료의 세포 구성 요소(예: 암세포 및 박테리아)를 식별할 수 있습니다. 다른 종의 분자 지문은 주성분 분석과 조합한 후에 더 구별될 수 있습니다. 또한 Au@CDs 무표지 SERS 이미징을 통해 세포 내 조성 프로파일을 분석할 수 있습니다. 이 전략은 실현 가능하고 라벨이 없는 SERS 생물 분석을 제공하여 나노 진단에 대한 새로운 전망을 열어줍니다.

서론

단일 세포 분석은 세포 이질성을 밝히고 세포의 포괄적인 상태를 평가하는 연구에 필수적입니다. 미세 환경에 대한 세포의 즉각적인 반응은 또한 단일 세포 분석을 보증합니다¹. 그러나 현재 기술에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 형광 검출은 단일 세포 분석에 적용할 수 있지만 낮은 감도로 인해 제한적입니다. 다른 문제는 세포의 복잡한 형광 배경과 장기간 조사하에서 형광 광표백으로 인해 발생합니다². 표면 강화 라만 산란(SERS)은 (1) 고유 분자 지문 정보 및 순간 상황 반영, (2) 초고표면 감도, (3) 편리한 다중 검출, (4) 높은 광안정성, (5) 비교 분석을 위한 검출 정량화, (6) NIR 파장 여기를 통한 세포 자가형광 방지, (7) 세포 수용액에서 검출 수행 가능 등의 장점으로 인해 단일 세포 분석 측면에서 적합할 수 있습니다 환경 및 (8) 검출은 셀 내의 특정 영역(^3,4,5)으로 지시될 수 있다.

SERS를 근본적인 현상으로 이해하는 데는 널리 알려진 두 가지 메커니즘이 ....

프로토콜

1. Au@CDs의 제작

참고: 그림 1 은 Au@CDs에 대한 제조 절차를 보여줍니다.

1. 전형적인 열수 처리 절차¹⁸을 통해 시트르산(CA)과 갈산(GA)을 사용하여 CD 용액을 준비합니다. 준비된 CD 용액 100μL의 3.0mg ^mL-1을 10mM 염화금산(HAuCl4) 200μL에 실온에서 보라색 현탁액이 생성될 때까지 10초 동안 추가합니다.
2. 자색 현탁액을 4,000 × g 에서 상온에서 10분 동안 원심분리하고 Au@CD 콜로이드의 제거가 어려운 경우 피펫을 이용하여 상층액을 부드럽게 제거한다.
3. 200μL의 탈이온수(저항률 18.2MΩcm)로 Au@CDs 재현탁하여 초과 CD를 세척합니다.
4. 단계 1.2를 반복하고, 코어-쉘 NP를 얻고, 100 μL의 탈이온수에 재분산시키고, 4°C에서 저장한다. NP는 1개월 동안 저장할 수 있습니다.

2. Au@CDs의 특성화

결과

Au@CDs의 제작은 그림 1에 나와 있습니다. CD는 전형적인 열수 공정¹⁸을 통해 CA 및 GA로부터 제조되었다. Au@CDs 실온에서 수성 매질에서 CD에 의해 HAuCl4를 환원시킴으로써 신속하게 합성되었다. CD 및 Au@CDs의 크기 및 형태는 TEM 및 고분해능(HR)TEM²³에 의해 관찰될 수 있다. 준비된 CD는 거의 2-6nm의 작은 크기로 단분산됩니다(그림 2A). 구형 Au 핵은 약 2.1nm의 CD 껍질 층으로 코팅되어 있습니다(그림 2B, C 및 보충 그림 1).

토론

요약하면, 2.1nm의 초박형 CD 쉘을 가진 Au@CDs이 성공적으로 제작되었습니다. 나노 복합체는 순수한 Au NP보다 우수한 SERS 감도를 보여줍니다. 또한 Au@CDs 재현성과 장기 안정성에서 우수한 성능을 가지고 있습니다. 추가 연구에는 A549 세포⁽³¹)의 SERS 이미징을 수행하고 2개의 박테리아 균주⁽³²)를 검출하기 위해 Au@CDs 기질로 사용하는 것이 포함됩니다. Au@CDs는 주로 Au NP와 CD 사이의 화학적 향상을 기반으로 하는 초고감도 SERS 프로브로 사용될 수 있음이 입증되었습니다.

이전 프로토콜에서 SERS 측정 중에 몇 가지 핵심 사항이 있습니다. 첫째, Au@CDs 세포 및 박테리아 샘플에 적용하기 전에 우수한 SERS 기질 공식과 염료 분자로 확인할 수 있는 올바른 농도를 보장해야 합니다. 그 후, SERS 스펙트럼은 생물학적 샘플이 복잡하고 동적이기 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
10x PBS 완충액(세포 배양)	Langeco Technology	BL316A
6웰 세포 배양 플레이트	LABSELECT	11110
Cell Counting Kit-8 (CCK-8)	GLPBIO	GK10001
Citric acid	Shanghai Aladdin Biochemical Technology	C108869
CO2 incubator	Thermo Fisher Technologies	3111
항온 자기 교반기	Sartorius Scientific Instruments	SQP
극저온 고속 원심 분리기	상하이 Boxun	SW-CJ-2FD
DMEM 고 포도당 세포 배양 매체	Procell	PM150210
전자 저울	Sartorius Scientific Instruments	SQP
효소 마커	Thermo Fisher Technologies	3111
소 태아 혈청	Zhejiang Tianhang Biological Technology	11011-8611
그림 1	Figdraw.
푸리에 적외선 분광계	Thermo, America	Nicolet 380
동결 건조기	Tecan	Infinite F50
Gallic acid	Shanghai Aladdin Biochemical Technology	G104228
Handheld Raman Spectrometer	OCEANHOOD, Shanghai, China	Uspectral-PLUS
HAuCl4	Guangzhou Pharmaceutical Company (Guangzhou)
고해상도 투과 전자 현미경	Thermo Fisher Technologies	FEI Tecnai G2 Spirit T12
고온 오토클레이브	Shanghai Boxun	YXQ-LS-50S
도립 현미경	Nanjing Jiangnan Yongxin Optical	XD-202
LB Broth BR	Huankai picoorganism	028320
의료용 초저온 냉장고	Thermo Fisher Technologies	ULTS1368
메틸렌 블루	Sigma-Aldrich
Pancreatin Cell Digestive Solution	beyotime	C0207
페니실린 스트렙토마이신 이중 저항	상하이 Boxun	YXQ-LS-50S
순수 수량계	Millipore, 미국	Milli-Q 시스템
라만 분광계	Renishaw
사파이어 칩	beyotime
온도 조절 수조	Changzhou Noki
울트라 클린 테이블	상하이 Boxun	SW-CJ-2FD
UV 가시광 흡수 분광계	MADAPA, 중국	UV-6100S
와이어 3.4	Renishaw