Количественное SERS-обнаружение мочевой кислоты путем формирования точных плазмонных нанопереходов в агрегатах наночастиц золота и кукурбита[n]uril

Этот протокол предлагает универсальный метод обнаружения и количественного определения мочевой кислоты с высокой чувствительностью. Следовательно, это протокол для диагностического и клинического применения. Этот протокол позволяет быстро количественно оценить биомаркеры в сложной матрице, такой как жидкости организма.

Этот метод потенциально может быть расширен для диагностики заболеваний, использующих мочевую кислоту в качестве биомаркера, таких как подагра, гипертония и сердечно-сосудистые заболевания. Он также может быть использован для обнаружения и количественного определения других опасных веществ для мониторинга окружающей среды. При первой попытке использования протокола исследователи могут испытывать трудности с формированием стабильных агрегатов наночастиц CB7 и золота.

Рекомендуется смешивать наночастицы золота в растворах CB7 с помощью ультразвука, так как другие методы могут повлиять на кинетику агрегации. Видео, показывающее важнейшие этапы добавления смешивания CB7, может увеличить шансы на успех и воспроизводимость для исследователей, которые только начинают работать с системой. Для синтеза золотых зерен растворите 98,5 миллиграммов ауры в 10 миллилитрах деионизированной воды в стеклянном флаконе с получением 25 миллимолярного раствора хлорида ауры и 64,5 миллиграмма порошка цитрата натрия в 500 микролитрах деионизированной воды в стеклянном флаконе.

Затем разведите один миллилитр раствора хлорной ауры с 99 миллилитрами воды в бутылке с синей крышкой объемом 250 миллилитров до получения 0,25 миллимолярного раствора хлорида аурной кислоты и добавьте 99,5 миллилитров 0,25 миллимолярного раствора хлорида аурной кислоты в 250-миллилитровую круглодонную колбу с тремя горлышками, оснащенную конденсатором. Затем нагрейте раствор до 90 градусов Цельсия при энергичном помешивании в течение 15 минут, прежде чем ввести 500 микролитров раствора цитрата натрия в колбу, продолжая помешивать, пока раствор не станет рубиново-красным. Чтобы инициировать посевной рост наночастиц золота, перенесите 25 миллилитров раствора золотого затравки в 50-миллилитровую пробирку и охладите раствор до 70 градусов в термомиксере.

Пока раствор остывает, наполните трехмиллилитровый одноразовый шприц Luer lock 2,5 миллилитрами 25 миллимолярного раствора хлорида ауры и еще один трехмиллиметровый одноразовый шприц Luer lock 2,5 миллилитрами 60 миллимоларного раствора цитрата натрия. Поместите шприцы в шприцевые насосы и с помощью адаптеров Luer-to-MicroTight подсоедините к шприцам трубку PEEK внутреннего диаметра 150 микромоляров. Вставьте трубку в центрифужную трубку, содержащую охлажденный раствор семян золота в термомиксере, и настройте оба шприцевых насоса на дозирование 167,5 микролитров раствора в течение 20 минут.

Установите скорость вращения термомиксера на 600 оборотов в минуту и нажмите кнопку «Пуск» на шприцевом насосе, содержащем 25 миллимолярный раствор хлорида аурики. Через две минуты нажмите кнопку «Пуск» на шприцевом насосе, содержащем 60 миллимолярный раствор цитрата натрия. Через 30 минут удалите аликвоту раствора наночастиц золота для анализа.

Для приготовления 0,4 миллимолярного раствора СВ7 добавьте 4,65 миллиграмма СВ7 в стеклянный флакон объемом 15 миллилитров и 10 миллилитров воды во флакон. После плотной укупорки обработайте флакон ультразвуком при комнатной температуре до полного растворения твердого вещества CB7. Чтобы приготовить 0,4 миллимоляра раствора мочевой кислоты, добавьте 2,69 миллиграмма мочевой кислоты в 50-миллилитровую центрифужную пробирку и добавьте в пробирку 40 миллилитров воды.

Плотно укупорив крышку, взбейте смесь в термомиксере, установленном на 70 градусов Цельсия и 800 оборотов в минуту в течение двух часов. Когда раствор остынет до комнатной температуры, разбавьте один миллилитр 0,4 миллимоляра раствора мочевой кислоты девятью миллилитрами воды в стеклянном флаконе объемом 15 миллилитров, чтобы получить 0,04 миллимоляра раствора мочевой кислоты. Плотно укупорившись, промакивайте флакон ультразвуком в течение 30 секунд.

Для приготовления комплексов CB7-мочевой кислоты добавьте 750 микролитров 0,4 миллимолярного раствора CB7 и 750 микролитров 0,4 миллимолярного раствора мочевой кислоты в 1,5 миллилитровую пробирку и обработайте смесь ультразвуком в течение 30 секунд. Затем подержите трубку при комнатной температуре в течение 30 минут, чтобы обеспечить формирование комплексов хозяин-гость. Щелкните значок мастеров приложений спектроскопии в программном обеспечении рамановской системы и выберите Раманов.

Запустите новый сбор данных и установите время интеграции равным 30 секундам, среднее значение сканирования — пяти, а крытый вагон — нулю. Затем сохраните фоновый спектр и введите длину волны лазера. Для формирования подложки SERS добавьте 900 микролитров 40-нанометрового раствора наночастиц золота и 100 микролитров предварительно сформированного раствора комплекса CB7-мочевой кислоты в 1,5-литровую пробирку и обрабатывайте ультразвуком до тех пор, пока раствор не изменится с рубиново-красного на фиолетовый.

Переложите раствор образца в полумикрокювету и поместите кювету в держатель образца комбинационного рассеяния света. Закройте крышку и начните измерение. Затем настройте автосохранение на запись пяти последовательных спектров SERS.

Ультрафиолетовые видимые спектры синтезированных наночастиц золота показывают сдвиг пиков локализованного поверхностного плазмонного резонанса с 521 до 529 нанометров после 10 этапов выращивания, в то время как данные динамического рассеяния света показывают узкое распределение по размерам при увеличении размера наночастиц с 25,9 до 42,8 нанометров. Средние размеры G0, G5 и G10, измеренные по изображениям просвечивающих электронов, составляют примерно 20, 33 и 40 нанометров соответственно. В этих репрезентативных анализах были сформированы комплексы хозяин-гость CB7 и мочевой кислоты с пустым CB7, опосредующим образование прецизионных плазмонных нанопереходов внутри наноагрегатов наночастиц золота CB7, что подтверждается характерными сигналами мочевой кислоты в спектре SERS.

И наоборот, в отсутствие CB7 не наблюдаются сигналы SERS мочевой кислоты, что иллюстрирует ключевую роль CB7 в запуске агрегации наночастиц золота. Высокая чувствительность схемы детектирования, представленной в данном протоколе, демонстрируется наблюдением четких сигналов SERS от пиков мочевой кислоты на 640 и 1130 обратных сантиметрах вплоть до 0,2 микромолярного предела обнаружения. Кроме того, по степенному закону получены очень сильные корреляции между интенсивностью SERS и логарифмическими концентрациями мочевой кислоты для обоих пиков с линейными областями, обнаруженными в диапазоне от 0,2 до 2 микромоляров.

Мочевая кислота имеет низкую растворимость в воде, поэтому необходимо убедиться, что порошок мочевой кислоты имеет мягкую консистенцию перед следующим этапом. Может быть выполнен расширенный анализ данных, что позволяет количественно оценить несколько биомаркеров, присутствующих в матрице.