2020년 10월 3일
큐커빗[7]우릴 및 요산의 호스트-게스트 복합체를 Au NP 용액에 소량 첨가하기 전에 수용액에서 형성하여 모듈형 분광계를 이용한 정량적 표면 강화 라만 분광법(SERS) 감지를 수행하였다.
이 프로토콜은 고감도로 요산을 검출하고 정량화할 수 있는 다양한 방법을 제공합니다. 따라서 진단 및 임상 적용을 위한 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 체액과 같은 복잡한 매트릭스에서 바이오마커를 빠르게 정량화할 수 있습니다.
이 기술은 통풍, 고혈압 및 심혈관 질환과 같이 요산을 바이오마커로 사용하는 질병을 진단하기 위해 잠재적으로 확장될 수 있습니다. 또한 환경 모니터링을 위해 다른 유해 물질을 검출하고 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 프로토콜을 처음 시도할 때 연구원들은 CB7 및 금 나노 입자의 안정적인 응집체를 형성하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
초음파 처리를 사용하여 CB7 용액에서 금 나노 입자를 혼합하는 것은 다른 기술이 응집 역학에 영향을 줄 수 있으므로 권장됩니다. CB7 혼합을 추가하는 중요한 단계를 보여주는 비디오는 시스템을 처음 사용하는 연구자의 성공 가능성과 재현성을 높일 수 있습니다. 금 씨앗 합성을 위해 유리 바이알에 98.5mg의 오릭을 10ml의 탈이온수에 녹여 유리 바이알에 25 밀리몰의 오릭 클로라이드 용액과 64.5 밀리그램의 구연산 나트륨 분말을 500 마이크로리터의 탈 이온수에 넣습니다.
다음으로, 250 밀리리터 블루 캡이 있는 병에 1 밀리리터의 오라 클로라이드 용액을 99 밀리리터의 물과 함께 희석하여 0.25 밀리몰 오라 클로라이드 용액을 얻고 0.25 밀리몰 오라 클로라이드 용액 99.5 밀리리터를 콘덴서가 장착된 250 밀리리터 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가합니다. 그런 다음 용액을 섭씨 90도에서 15분 동안 격렬하게 저어주면서 500마이크로리터의 구연산나트륨 용액을 플라스크에 주입하고 용액이 루비 레드로 변할 때까지 계속 저어줍니다. 금 나노 입자의 파종 성장을 시작하려면 25ml의 금 씨 용액을 50 밀리리터 튜브에 옮기고 ThermoMixer에서 용액을 70도로 냉각합니다.
용액이 냉각되는 동안 3mm Luer Lock 일회용 주사기에 2.5mL의 25mmolar auric chloride 용액을 채우고 또 다른 3mm Luer lock 일회용 주사기에 2.5ml의 60millimolar sodium citrate 용액을 채웁니다. 주사기를 주사기 펌프에 넣고 Luer-to-MicroTight 어댑터를 사용하여 150마이크로몰 내경의 PEEK 튜브를 주사기에 연결합니다. ThermoMixer에서 냉각된 금 시드 용액이 들어 있는 원심분리기 튜브에 튜브를 삽입하고 두 주사기 펌프를 20분 동안 167.5마이크로리터의 용액을 분주하도록 설정합니다.
ThermoMixer 회전 속도를 분당 600회 회전으로 설정하고 25밀리몰 염화 이온 용액이 들어 있는 주사기 펌프에서 시작을 누릅니다. 2분 후, 60밀리몰의 구연산나트륨 용액이 들어 있는 주사기 펌프의 시작을 누릅니다. 30분 후 분석을 위해 금 나노입자 용액의 부분 표본을 제거합니다.
0.4 밀리몰 CB7 용액을 준비하려면 15 밀리리터 유리 바이알에 4.65 밀리그램의 CB7을 넣고 바이알에 10 밀리리터의 물을 첨가합니다. 단단히 캡핑한 후 CB7 고체가 완전히 용해될 때까지 실온에서 바이알을 초음파 처리합니다. 0.4 밀리몰 요산 용액을 준비하려면 50 밀리리터 원심분리 튜브에 2.69 밀리그램의 요산을 넣고 튜브에 40 밀리리터의 물을 추가합니다.
단단히 캡을 씌운 후 섭씨 70도, 분당 800회 회전으로 설정된 ThermoMixer에서 혼합물을 2시간 동안 휘젓습니다. 용액이 실온으로 냉각되면 15ml 유리 바이알에 0.4 밀리몰 요산 용액 1ml를 물 9ml로 희석하여 0.04 밀리몰 요산 용액을 얻습니다. 뚜껑을 단단히 씌운 후 바이알을 30초 동안 초음파 처리합니다.
CB7-요산 복합체를 준비하려면 0.4 밀리몰 CB7 용액 750 마이크로리터와 0.4 밀리몰 요산 용액 750 마이크로리터를 1.5 밀리리터 튜브에 넣고 혼합물을 30초 동안 초음파 처리합니다. 그런 다음 튜브를 실온에서 30분 동안 유지하여 호스트-게스트 복합체가 형성되도록 합니다. Raman 시스템 소프트웨어에서 분광학 응용 프로그램 마법사 아이콘을 클릭하고 Raman을 선택합니다.
새로운 수집을 시작하고 통합 시간을 30초로, 스캔 평균을 5로, 박스카를 0으로 설정합니다. 그런 다음 배경 스펙트럼을 저장하고 레이저 파장을 입력합니다. SERS 기질 형성을 위해 900 마이크로 리터의 40 나노 미터 금 나노 입자 용액과 100 마이크로 리터의 미리 형성된 CB7- 요산 복합 용액을 1.5 밀리리터 튜브에 넣고 용액이 루비 레드에서 자주색으로 변할 때까지 초음파 처리합니다.
샘플 용액을 세미 마이크로 큐벳으로 옮기고 큐벳을 Raman 샘플 홀더에 넣습니다. 커버를 닫고 측정을 시작합니다. 그런 다음 5개의 연속 SERS 스펙트럼을 기록하도록 자동 저장을 설정합니다.
합성된 금 나노입자에 대한 자외선 가시광선 스펙트럼은 10번의 성장 단계 후에 국소 표면 플라즈몬 공명 피크가 521나노미터에서 529나노미터로 이동하는 것을 보여주며, 동적 광 산란 데이터는 나노 입자의 크기가 25.9나노미터에서 42.8나노미터로 증가함에 따라 좁은 크기 분포를 보여줍니다. 투과 전자 이미지에서 측정한 G0, G5 및 G10의 평균 크기는 각각 약 20, 33 및 40나노미터입니다. 이러한 대표적인 분석에서, CB7 및 요산의 숙주-게스트 복합체는 SERS 스펙트럼의 특징적인 요산 신호에 의해 뒷받침되는 금 나노 입자 CB7 나노 응집체 내에서 정확한 플라즈몬 나노 접합의 형성을 매개하는 빈 CB7과 함께 형성되었습니다.
반대로, CB7이 없을 경우 요산의 SERS 신호가 관찰되지 않으며, 이는 금 나노입자 응집을 유발하는 CB7의 핵심 역할을 보여줍니다. 이 프로토콜에 제시된 검출 체계의 높은 감도는 640 및 1130 역센티미터의 요산 피크에서 0.2 마이크로몰 검출 한계까지 명확한 SERS 신호의 관찰에 의해 입증됩니다. 또한, 요산의 SERS 강도와 로그 농도 사이의 매우 강한 상관관계는 0.2 내지 2 마이크로몰 범위에서 발견된 선형 영역을 가진 두 피크 모두에 대해 거듭제곱 법칙에 의해 얻어졌습니다.
요산은 수용도가 낮기 때문에 다음 단계 전에 요산 분말이 부드러운지 확인해야 합니다. 고급 데이터 분석을 수행할 수 있어 매트릭스에 존재하는 여러 바이오마커를 정량화할 수 있습니다.
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이 프로토콜은 요산을 검출하고 정량화하기 위한 민감한 방법을 제공하며, 이는 진단 및 임상 응용을 위해 매우 중요합니다. 체액과 같은 복잡한 매트릭스에서 바이오마커를 효율적으로 정량화할 수 있으며, 질병 진단 및 환경 모니터링에 잠재적인 응용이 있습니다.
This SERS-based method enables rapid, quantitative detection of uric acid, a key biomarker for gout, hypertension, and cardiovascular disease, supporting early diagnostic decision-making in discovery and translational research. The method’s high sensitivity (~0.2 µM detection limit) and reproducibility in complex matrices like body fluids provide predictive confidence for biomarker validation workflows. Its modular design and potential for multiplexed detection enhance scalability for biomarker panel development in preclinical and clinical settings.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, supporting biomarker quantification after target identification and before lead optimization, particularly for uric acid-linked indications.