Summary
निर्माण और फिल्टर आधारित सतह रासायनिक contaminants (यानी, कीटनाशक ferbam और एंटीबायोटिक एम्पीसिलीन) का पता लगाने के लिए बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS) परख प्रदर्शन के लिए एक प्रक्रिया प्रस्तुत किया है।
Introduction
भूतल बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS) के साथ नैनो रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के संयोजन एक तकनीक है। नोबल धातु नैनो सतहों पर analytes की रमन बिखरने की तीव्रता बहुत स्थानीय सतह plasmon अनुनाद द्वारा बढ़ाया है। 1 चांदी नैनोकणों (एजी एनपीएस) अब तक के सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल SERS अपनी उच्च वृद्धि की क्षमता के कारण substrates। 2 तक कर रहे हैं , एजी एनपीएस के विभिन्न कृत्रिम तरीकों विकसित किया गया है। 3-6 एजी एनपीएस प्रभावी SERS substrates के रूप में अकेले इस्तेमाल किया जा सकता है, या अन्य सामग्री और संरचनाओं के साथ संयुक्त अपनी संवेदनशीलता और / या कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए। 7-11
SERS तकनीक भोजन और पर्यावरण के नमूनों में विभिन्न मात्रा का पता लगाने प्रदूषणों से पता लगाने के लिए महान क्षमता का प्रदर्शन किया है परंपरागत रूप से 12, वहाँ एक SERS नमूना तैयार करने के लिए दो आम तरीके हैं:।। समाधान आधारित और सब्सट्रेट आधारित विधियों 13 समाधान आधारित methoडी के नमूनों के साथ मिश्रण करने के लिए एनपी कोलाइड उपयोग करता है। तब एनपी analyte जटिल centrifugation का उपयोग कर एकत्र, और सुखाने के बाद रमन माप के लिए एक ठोस समर्थन पर जमा है। सब्सट्रेट आधारित पद्धति आमतौर पर पूर्व निर्मित ठोस सब्सट्रेट पर तरल नमूना के कई microliters जमा करके लागू किया जाता है। 14 हालांकि, इन दो तरीकों से न तो प्रभावी और नमूना मात्रा की एक बड़ी राशि के लिए लागू कर रहे हैं। SERS assays के कई संशोधनों के इस तरह के एक फिल्टर प्रणाली 15-21 के एकीकरण या एक microfluidic युक्ति के समावेश के रूप में मात्रा सीमा, overcame। 21-24 संशोधित SERS assays रासायनिक contaminants की निगरानी के लिए संवेदनशीलता और व्यवहार्यता में बड़ी वृद्धि से पता चला है बड़े पानी के नमूनों में।
यहाँ हम कीटनाशक ferbam और एंटीबायोटिक एम्पीसिलीन की राशि का पता लगाने पता लगाने के लिए निर्माण और एक सिरिंज फिल्टर आधारित SERS विधि के आवेदन की विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदर्शित करता है।
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Protocol
1. चांदी nanoparticle संश्लेषण 15
- 5 सेकंड के लिए 100 मिलीलीटर ultrapure पानी (18.2 ΩU) और भंवर में 18 मिलीग्राम चांदी नाइट्रेट भंग।
- 5 सेकंड के लिए 1 मिलीलीटर पानी और भंवर में 27 मिलीग्राम सोडियम साइट्रेट dihydrate भंग।
- एक बार सरगर्मी से युक्त एक शंक्वाकार कुप्पी के लिए तैयार चांदी नाइट्रेट समाधान के सभी हस्तांतरण और एक चुंबकीय गर्म थाली पर कुप्पी डाल दिया। ~ 350 डिग्री सेल्सियस पर 700 आरपीएम की सरगर्मी तेज गति के साथ जोरदार सरगर्मी के तहत कुप्पी गर्मी (प्लेट पर स्थापित करने के तापमान)।
- जब उबलते, शंक्वाकार कुप्पी के लिए तैयार सोडियम साइट्रेट समाधान के सभी तुरंत जोड़ने के लिए, और जब तक समाधान हरे, भूरे, जो एजी एनपीएस के गठन को इंगित करता है बदल जाता है एक अतिरिक्त 25 मिनट के लिए फोड़ा करने के लिए समाधान के लिए छोड़ दें।
- गर्म थाली से निकालें और कुप्पी (गर्मी नहीं है) एक और चुंबकीय थाली पर रख दिया और हलचल हे / एन आरटी पर ही सरगर्मी गति पर जब तक मिश्रण एक स्थिर राज्य पहुंचता है एक निरंतर रंग और ट्रॅन के साथ,sparency। तैयार एजी एनपीएस के absorbance निर्धारित करने के लिए यदि आवश्यक हो तो एक यूवी विज़ स्पेक्ट्रोमीटर का प्रयोग करें।
- 100 मिलीलीटर के लिए ultrapure पानी के साथ अंतिम मिश्रण पतला।
- एक Zetasizer प्रयोग निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार यदि आवश्यक हो तो एजी एनपीएस के आकार को मापने के लिए।
- एक मोहरबंद कंटेनर के लिए एजी कोलाइड स्थानांतरण और एल्यूमीनियम पन्नी के साथ प्रकाश से बचाने के लिए। कोलाइड 2 महीने के लिए 4-7 डिग्री सेल्सियस पर एक रेफ्रिजरेटर में संग्रहीत किया जा सकता है अगर जरूरत है।
2. एक SERS सक्रिय फिल्टर झिल्ली का निर्माण
- एक 50 मिमी NaCl समाधान बनाने के लिए 100 मिलीलीटर पानी में 2.92 ग्राम सोडियम क्लोराइड (NaCl) भंग।
- तैयार एजी एनपीएस के 1 मिलीलीटर में 5 मिमी NaCl समाधान के 1 मिलीलीटर जोड़ें और 20 rpm पर 10 मिनट के लिए एक nutating मिक्सर पर उन्हें मिश्रण। यह कदम एजी nanoclusters में एजी एनपीएस कुल करने के लिए है।
- एक फिल्टर झिल्ली (PVDF, 0.1 माइक्रोन रोमकूप आकार) एक फिल्टर धारक है, जो एक सिरिंज से जुड़ा जा सकता है में रखें। छोटे छेद के आकार को झिल्ली के लिए गया थाएजी nanoclusters फँसाने और लगातार संकेतों के उत्पादन में बड़ा छेद के आकार झिल्ली (यानी, 0.22 माइक्रोन) की तुलना में अधिक प्रभावी und।
- लोड निस्पंदन के लिए सिरिंज में तैयार एजी nanoclusters के 2 मिलीलीटर। सिरिंज के लिए फिल्टर धारक देते हैं और मैन्युअल 1 बूंद / सेकंड की दर से प्रवाह झिल्ली के माध्यम से एजी nanoclusters की पूरी मात्रा से गुजरती हैं। झिल्ली जाल एजी nanoclusters, एक SERS सक्रिय फिल्टर झिल्ली के गठन।
- फिल्टर धारक से फिल्टर झिल्ली को अलग करें। जब बाहरी रिम पर झिल्ली पकड़े झिल्ली को कोई नुकसान सुनिश्चित करने के लिए चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग विशेष सावधानी की जरूरत है। एक गिलास स्लाइड पर के बारे में 3 मिनट और जगह झिल्ली के लिए शुष्क हवा।
- SERS सब्सट्रेट की रमन का पता लगाने
- 5 मेगावाट, 10X के लिए सूक्ष्म लक्ष्य निर्धारित 2. 1 सेकंड और जोखिम संख्या के जोखिम समय के एक लेजर शक्ति के साथ एक 780 एनएम तरंगदैर्ध्य लेजर के लिए रमन साधन सेट करें। यकीन है कि सॉफ्टवेयर पर उद्देश्य के हिसाब से भी सेट है। </ Li>
- शीर्ष पर झिल्ली के साथ कांच स्लाइड रमन साधन के मंच पर रखें और माइक्रोस्कोप का उपयोग झिल्ली की सतह पर ध्यान केंद्रित करने के लिए।
- बेतरतीब ढंग से झिल्ली सतह से 8-10 स्पॉट का चयन करें और साधन अनुक्रम में स्वचालित रूप से उन्हें एकत्रित करेगा। विश्लेषण के लिए निर्माता के सॉफ्टवेयर में ओपन वर्णक्रमीय डेटा।
3. SERS सक्रिय फिल्टर प्रणाली के आवेदन रासायनिक contaminants का पता लगाने के लिए
- एक 10 पीपीबी ferbam समाधान तैयार है।
सावधानी: Ferbam अत्यधिक अस्थिर है। सावधानियों (श्वासयंत्र और काले चश्मे) जब ठोस वजन का प्रयोग करें।- 2 मिलीग्राम ferbam पाउडर वजन और एक शेयर समाधान (100 पीपीएम) बनाने के लिए 20 मिलीलीटर 50% acetonitrile (10 मिलीलीटर acetonitrile और 10 मिलीलीटर पानी) में भंग। 30 सेकंड के लिए कुप्पी भंवर।
- एक टेस्ट ट्यूब में 100 पीपीएम ferbam समाधान के 1 मिलीलीटर ले लो और एक 10 पीपीएम समाधान बनाने के लिए 9 मिलीलीटर 50% acetonitrile जोड़ें। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- के 1 मिलीलीटर ले लोएक टेस्ट ट्यूब में 10 पीपीएम समाधान और 9 मिलीलीटर 50% acetonitrile जोड़ने के लिए एक 1 पीपीएम समाधान बनाने के लिए। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- एक टेस्ट ट्यूब में 1 पीपीएम समाधान के 1 मिलीलीटर ले लो और एक 100 पीपीबी समाधान बनाने के लिए 9 मिलीलीटर 50% acetonitrile जोड़ें। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- एक टेस्ट ट्यूब में 100 पीपीबी समाधान के 1 मिलीलीटर ले लो और एक 10 पीपीबी समाधान बनाने के लिए 9 मिलीलीटर 50% acetonitrile जोड़ें। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- एक 1 पीपीएम एम्पीसिलीन समाधान तैयार है।
- 10 मिलीग्राम एम्पीसिलीन पाउडर वजन और एक 100 पीपीएम एम्पीसिलीन समाधान बनाने के लिए 100 मिलीलीटर पानी में भंग। 30 सेकंड के लिए कुप्पी भंवर।
- एक टेस्ट ट्यूब में 100 पीपीएम समाधान के 1 मिलीलीटर ले लो और एक 10 पीपीएम एम्पीसिलीन समाधान बनाने के लिए 9 मिलीलीटर पानी जोड़ें। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- एक टेस्ट ट्यूब में 10 पीपीएम समाधान के 1 मिलीलीटर ले लो और एक 1 पीपीएम एम्पीसिलीन समाधान बनाने के लिए 9 मिलीलीटर पानी जोड़ें। 5 सेकंड के लिए ट्यूब भंवर।
- फिल्टर झिल्ली एनपी लेपित का सामना करना पड़ पक्ष के साथ, फिल्टर धारक को वापस डाल दिया। </ Li>
- लोड एक नई सिरिंज में एक नमूना के 5 मिलीलीटर, और फिर एक एजी लेपित झिल्ली के अंदर के साथ फिल्टर धारक को देते हैं।
- मैन्युअल 1 बूंद / सेकंड की दर से प्रवाह झिल्ली के माध्यम से नमूना की पूरी मात्रा से गुजरती हैं। लक्ष्य अणुओं adsorbed जा सकता है और ध्यान केंद्रित किया एनपीएस फिल्टर झिल्ली पर लेपित पर।
- के बारे में 3 मिनट के लिए फिल्टर धारक, शुष्क हवा से फिल्टर झिल्ली को अलग करें और कदम 2.6 में वर्णित के रूप में एक ही विधि का उपयोग रमन साधन का उपयोग कर संकेतों को मापने।
- 2.6 दोहराएँ 2.2 कदम एक और एजी-लेपित झिल्ली तैयार करते हैं, और अन्य नमूने का पता लगाने के लिए 3.3 कदम से पालन करने के लिए।
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Representative Results
इस प्रयोग के प्रमुख कदम योजनाबद्ध आरेख (चित्रा 1) में दिखाया गया है। चित्रा 2 महत्व का प्रदर्शन आदेश को बड़ा संवेदनशीलता तक पहुंचने के लिए झिल्ली कोटिंग में AgNPs के अनुकूलित मात्रा का उपयोग करें। एजी एनपीएस के 1 मिलीलीटर, जब ferbam का उपयोग कर मजबूत संकेत प्रदान करता है 0.5 मिलीग्राम (अपर्याप्त कोटिंग) या 2 मिलीलीटर (बहुत ज्यादा कोटिंग) की तुलना में।
हम विकसित फिल्टर आधारित SERS परख द्वारा महान संकेत तीव्रता के साथ 1 पीपीएम (चित्रा 1) में 10 पीपीबी स्तर और एम्पीसिलीन पर ferbam पता लगाने में सक्षम थे। ferbam की SERS स्पेक्ट्रम 10 पीपीबी से अलग विशेषता चोटियों को दर्शाती है। 1,386 सेमी -1 में चोटी खींच सीएन और सी = एस के मिश्रित कंपन, और सुडौल सीएच 3 विरूपण से है। 1,516 सेमी -1 में चोटी सीएच 3 और सीएन खींचने के साथ जुड़ा हुआ है। 561 सेमी में चोटी
नमूना मात्रा में वृद्धि के साथ, हम आगे सीमा का पता लगाने के रूप में चित्रा 4 में दिखाया बढ़ा सकते हैं। जब नमूना मात्रा बढ़ रही है हम शिखर तीव्रता की वृद्धि मनाया। इस फिल्टर आधारित पद्धति के लाभ के रूप में मात्रा समायोज्य है और पता लगाने की सीमा भी समायोज्य है।
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चित्रा 1. फिल्टर SERS परख का एक योजनाबद्ध आरेख। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
0.5 मिलीलीटर 0.5 मिलीग्राम सोडियम क्लोराइड के साथ एजी कोलाइड, 1.0 मिलीग्राम सोडियम क्लोराइड के साथ 1.0 मिलीलीटर एजी, 1.5 के साथ 1.5 मिलीलीटर एजी: चित्रा 5 एमएल 100 पीपीबी से 2. SERS स्पेक्ट्रा ऊपर से नीचे तक झिल्ली एजी एनपीएस के अलग राशि से लेपित से गुजर ferbam। मिलीलीटर सोडियम क्लोराइड, क्रमशः। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
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चित्रा ferbam और एजी एनपीएस लेपित फिल्टर झिल्ली पर एम्पीसिलीन 3. SERS स्पेक्ट्रा ऊपर से नीचे तक:। 50% acetonitrile का नियंत्रण, 10 पीपीबी ferbam, पानी के नियंत्रण, 1 पीपीएम एम्पीसिलीन, क्रमशः। का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा।
चित्रा एजी एनपीएस लेपित फिल्टर झिल्ली पर 100 पीपीबी ferbam के विभिन्न संस्करणों के 4. SERS स्पेक्ट्रा ऊपर से नीचे तक:। 3 मिलीग्राम ferbam, 5 मिलीलीटर ferbam, 7 मिलीलीटर ferbam, 9 मिलीलीटर ferbam, क्रमशः। एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा की।
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Discussion
इस प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदमों में से एक एजी एनपीएस संश्लेषण, जहां वर्दी एजी एनपीएस अनुरूप परिणाम के लिए महत्वपूर्ण हैं। हीटिंग समय और व्यापारियों की सांद्रता ठीक नियंत्रित किया जाना चाहिए। (डेटा नहीं दिखाया गया है) इस AgNPs तैयारी का औसत आकार 80 एनएम, जो Zetasizer द्वारा मापा गया था। एक और महत्वपूर्ण कदम नमक एकत्रीकरण जहां नमक एकाग्रता और एकत्रीकरण समय ठीक नियंत्रित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, झिल्ली के चुनाव एक छोटे छेद के आकार के साथ झिल्ली के रूप में जाल एजी nanoclusters करने के लिए और अधिक प्रभावी पाया गया था भी महत्वपूर्ण है। विशेष रूप से इस अध्ययन में इस्तेमाल झिल्ली के लिए, वहाँ एक आगे और पीछे की ओर, जहां सामने की ओर धारक में रखा जाना चाहिए सिरिंज कनेक्ट करने के लिए है। अगर यह नीचे रखा गया था, कोटिंग बहुत कम प्रभावी था। बुलबुले से बचने जब झिल्ली के माध्यम से गुजर रहा एक सफल कोटिंग करने के लिए एक और महत्वपूर्ण है।
इस परख के निवारण के लिए, निम्न चरणों मेंसिफारिश कर रहे हैं। नहीं या बहुत कम संकेत का पता चला है, तो निम्न कारणों के लिए जाँच करें। मुख्य कारण हो सकता है एजी एनपीएस फिल्टर झिल्ली के छिद्रों में फंसे होने के लिए पर्याप्त इकट्ठा नहीं किया जाता। नमक एकाग्रता और / या ऊष्मायन समय बढ़ाने से एकत्रीकरण बढ़ा सकते हैं। अन्यथा, जाँच करें कि फिल्टर झिल्ली की पीठ का सामना करना पड़ रहा है और उस मात्रा या नमूना की एकाग्रता झिल्ली पर लोड भी कम नहीं है। यदि लक्ष्य अणु के संकेत संगत नहीं है, निम्न कारणों के लिए जाँच: एजी एनपीएस के आकार के वितरण भी व्यापक हो सकता है या एनपीएस में समान रूप से शायद एनपीएस या बहुत तेजी से बहुत ज्यादा एकत्रीकरण के कारण झिल्ली पर वितरित नहीं कर रहे हैं, झिल्ली के माध्यम से गुजर रहा है।
SERS सब्सट्रेट के रूप में एजी डेन्ड्राइट का उपयोग कर, 30-31 पर हमारे पिछले डेटा के साथ तुलना इस फिल्टर आधारित SERS परख की संवेदनशीलता ferbam पता लगाने पर काफी ज्यादा है। इस फिल्टर आधारित प्रणाली का लाभ, जो ला प्रवाह कर सकते हैं की वजह से हैनमूने के rge राशि है, ताकि और अधिक analyte अणुओं SERS सब्सट्रेट पर केंद्रित कर रहे हैं। के रूप में कोई centrifugation एनपी analyte जटिल इकट्ठा करने की जरूरत है समाधान आधारित पद्धति पर आधारित फिल्टर प्रणाली का उपयोग करने का एक और लाभ, संचालन और fieldable माप में आसानी है। इस विधि की सीमा यह है, जैसे दूध सीधे तरल के रूप में जटिल matrices के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता जटिल घटक झिल्ली pores ब्लॉक कर सकते हैं के रूप में है। Pretreatment झिल्ली पारित करने से पहले हस्तक्षेप घटकों को दूर करने की जरूरत है।
सारांश में, हम एक सरल और संवेदनशील फिल्टर आधारित SERS परख है, जो दूषित पदार्थों को या तरल भोजन मैट्रिक्स और पर्यावरण के नमूनों में adulterations का पता लगाने के लिए आवेदन किया जा सकता है प्रदर्शित करता है। आगे पता लगाने की सीमा धक्का करने के लिए, इस तरह के आकार और एनपी राशि, नमक एकाग्रता, नमूना मात्रा और साधन मापदंडों के रूप में मानकों के अनुकूलन की जरूरत है।
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-5 | N/A |
| Ferbam | Chem Service | N-11970-250MG | 98+% |
| Silver nitrate | Sigma Aldrich | 209139 | 99.0+% |
| Sodium citrate dehydrate | Sigma Aldrich | W302600 | 99+% |
| Sodium chloride | Sigma Aldrich | S7653 | 99.5+% |
| EMD Millipore Durapore PVDF Membrane Filters | Fisher Scientific | VVLP01300 | 0.10 µm Pore Size, hydrophilic |
| Polycarbonate Filter Holders | Cole-Parmer | EW-29550-40 | 13 mm diameter |
| Analog Vortex Mixer | Fisher Scientific | 02-215-365 | N/A |
| Nutating Mixers | Fisher Scientific | 05-450-213 | N/A |
| DXR Raman spectroscope | Thermo Scientific | IQLAADGABFFAHCMAPB | Laser power: 1 mW Exposure time: 5 sec |
References
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