Summary
Bu protokol yüzey gelişmiş Raman yanıp sönen analizi açıklar nedeniyle güç yasaları kullanarak bir gümüş yüzey üzerinde tek bir molekül random kaldırımı saçılma.
Abstract
Gümüş nanoaggregate merkezinde tek bir molekül yüzey gelişmiş Raman (SERS) saçılma yanıp sönen görülmektedir. Burada bir iletişim kuralı SERS-aktif hazırlamak konusunda anlatılan gümüş nanoaggregate, yanıp sönen belirli noktalar video mikroskobik görüntü kaydetmek ve yanıp sönen istatistikleri çözümlemek. Bu analizde, bir güç yasa onların süresi göreli olarak parlak olaylar için olasılık dağılımları üretir. Karanlık olaylar için olasılık dağılımları bir Üstel fonksiyon ile güç yasa ile donatılmıştır. Güç hukuk parametrelerinin moleküler davranış aydınlık ve karanlık Birleşik Devletleri temsil eder. Rastgele yürüyüş modeli ve molekül tüm gümüş yüzey üzerinde hızını tahmin edilebilir. Bu ortalamalar, otokorelasyon işlevleri ve süper kararlılık SERS düşsel kullanırken bile tahmin etmek zordur. Yanıp sönen kökenleri bu analiz yöntemi yalnız tarafından teyit edilemez çünkü gelecekte, güç hukuku analizleri spektral Imaging ile birleştirilmelidir.
Introduction
Yüzey gelişmiş Raman (SERS) saçılma son derece hassas Raman spektroskopisi noble metal yüzey var. Raman spektrumu keskin tepe pozisyonları, fonksiyonel gruplar molekülleri halinde titreşim modları ile temel alan moleküler yapısı hakkında ayrıntılı bilgi sağlar beri tek bir molekül bilgi metal bir yüzeye araştırılması SERS1,2,3kullanarak. Bir adsorbate tek molekül düzeyinde ile gümüş nanoaggregate1,2,3,4,5,6, yanıp sönen sinyal görülmektedir 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16ve spektrum dalgalanmalar1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14. Yanıp sönen rastgele bir nanometre boyutunda gümüş nanoaggregate kavşağında gelişmiş bir elektromanyetik (EM) alanı içinde ve dışında hareket eden tek bir molekül tarafından indüklenen. Bu nedenle, yanıp sönen bir Poisson dağılımı SERS yoğunluklarda ve BI-analit2,3,17bir tekniği ile karşılaştırıldığında tek molekül algılama için basit kanıt olarak kabul edilir. Ancak, güçlü Ag yüzeyinde moleküler davranışa bağlı, yanıp sönen ve dalgalanan spektrum detaylı mekanizmaları hala tartışmalı.
Önceki çalışmalarda SERS yanıp sönen Difüzyon katsayısı ve konsantrasyon bir gelişmiş EM alanı12,13içinde ve dışında,14 hareketli moleküllerin hesaplayabilir otokorelasyon işlevi kullanılarak analiz edilmiştir . Ayrıca, istikrarsızlık toplam yoğunluk temsil eder, bir normalleştirilmiş Standart sapma puanı sinyal15saat profilinden elde edilmiştir. Ancak, bu analitik yaklaşımlar birkaç moleküllerin davranış dayalı. Buna ek olarak, SERS yanıp sönen bir süper kararlılık düşsel içinde tanımlanan16tek molekül davranış gelişmiş EM alanı olabilir. Ancak, bu teknikler gelişmiş bir Elektromanyetik alan sadece böyle parametrelerinde elde edebilirsiniz. Geniş bir aralıktaki (örneğin, içinde SERS yanıp sönen) tek bir molekül rasgele davranışını bir ortalama4,5,6,7,8 yerine bir güç yasa olarak temsil edilebilir ,9,10,11, bir tek yarı iletken kuantum nokta (QD)18,19için yanıp sönen Floresans benzer. Bir güç hukuk analiz4,5,6,7,8,9,10,11, moleküler davranışı kullanarak parlak durumda (Gelişmiş EM alanı) ve karanlık durumu10tahmin edilebilir; diğer bir deyişle, tüm gümüş yüzey üzerinde molekül davranışını tahmin edilebilir.
Bu teknik, gümüş kolloidal nanoaggregates kullanılan4,5,olan6,7,8,9,10,11. Bu nanoaggregates belirli dalga boylarında heyecanlı oldukları zaman güçlü gelişmiş elektromanyetik alanlar etkileyen çeşitli yerelleştirilmiş yüzey plasmon rezonans (LSPR) grup göster. Böylece, nano tanecikleri kolloidal süspansiyon ve bazı veriler mevcut SERS-aktif gümüş hemen elde edilebilir. Belirli boyut, şekil ve düzenlemeler var, basit nanoyapıların söz konusu olduğunda yanıp sönen SERS LSPR bağımlılığı diğer bağımlılıklara7gizlemek; Yani, iyi ya da kötü nanostructure LSPR için kullanılırsa, parametreler sabit olacak ve diğer bağımlılıklara bu nedenle gizlenir. Güç hukuk analiz yanıp sönen SERS gümüş kolloidal nanoaggregates4,5,6,7,8, , çeşitli bağımlılıklara keşfetmek için kullanılan 9 , 10 , 11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. numune hazırlama
-
Gümüş kolloidal nano tanecikleri hazırlanması 20
- Gümüş kolloidal nano tanecikleri imal etmek 0,030 g gümüş nitrat ve TRISODYUM sitrat dihydrate 200 mL yuvarlak alt şişe su 150 ml 0,030 g geçiyoruz.
- Şişeye reflü (Dimroth) kondansatör ile birleştirin.
- Çözüm bir manyetik karıştırıcı ve heyecan çubuklu şişeye ilave edin. Sonra ısı bir yağ banyosu için 60 dk 150 ° C'de şişeye karıştırma çözümde.
Not: Çözüm sarı, sonra sütlü gri dönecek. - Oda sıcaklığında süspansiyon serin ve bir buzdolabı alüminyum folyo ile kaplı şişeye süspansiyon tutun.
Not: Protokol bu noktada duraklatılmış. Kolloidal nano tanecikleri, bir buzdolabı, bir ay içinde sakladıktan sonra kullanın.
-
Çok renkli için örnek hazırlanması emisyon yanıp sönen 11
- Bir mikroskop slayt hazır için el ile bir cam levha sabun ile yıkayın ve su ile durulayın.
- Cam levha % 0,1 Poli-L-lizin sulu çözüm ekleyip çözüm bir üfleyici ile kaldırabilirsiniz.
- Cam levha gümüş kolloidal süspansiyon ekleyip süspansiyon körük ile kaldırabilirsiniz.
- Bırakma alanı cam plaka üzerinde bir sıvı engelleyici kalemle alın.
- Distile su cam tabakta bırakın ve bu mikroskop slayt oluşturmak ve su buharlaştırma gelen önlemek için başka bir cam levha ile kapsar.
-
Monoton renkli yanıp sönen SERS için örnek hazırlanması 7 , 8 , 9 , 10
- Bir mikroskop slayt hazır için el ile bir cam levha sabun ile yıkayın ve su ile durulayın.
- Gümüş kolloidal süspansiyon thiacyanine veya thiacarbocyanine boya ile karıştırın (25 veya 4 µM, sırasıyla) ve NaCl (10 mM) sulu çözüm adlı bir hacim oranı 2:1:1.
- Örnek süspansiyon cam levha üzerine bırakın ve süspansiyon bir üfleyici ile kaldırın.
- Bırakma alanı cam plaka üzerinde bir sıvı engelleyici kalemle alın.
- NaCl (1 M) sulu bir çözüm gümüş nano tanecikleri hareketsiz için cam tabakta bırakın ve bu bir mikroskop slayt tabak oluşturmak ve çözüm buharlaşan gelen önlemek için başka bir cam levha ile kapsar.
2. gözlem gümüş nano tanecikleri yanıp sönen bir
-
Örnek aydınlatma
- Protokolü 1.2 veya 1.3 ters bir mikroskop sahneye kullanılarak hazırlanan örnek cam levha yerleştirin.
- Beyaz ışık ile karanlık alan Kondenser ve odak bir objektif lens (60 X) kullanarak cam plaka üzerinde çeşitli renkli noktalar (mavi, yeşil, sarı ve kırmızı) kullanarak örnek cam levha aydınlatmak.
- Örnek yüzey göre 30 ° açılı Diod pompalı katı hal (DPSS) sürekli (cw) lazer bir girişim filtre aracılığıyla teslim zayıflatılmış bir ışını kullanarak örnek cam levha aydınlatmak.
- Aynı renkli çevreleyen içinde monoton renkli noktalar olarak gümüş nanoaggregates gözlemlemek için lazer aydınlatma kullanmak için lazer ışık alan görünüm merkezine taşımak ve z-yönde sahne ayarlayarak cam levha üzerindeki noktalar odaklanmak.
-
Yanıp sönen bir gözlem
- Uzun geçiren Filtre sonra objektif lens takın ve örnek yüzey göre 30 ° açılı bir müdahale süzgeci teslim DPSS cw-lazer ışını kullanarak örnek cam levha aydınlatmak.
- Belgili tanımlık kırpmak şekil 1 ' de gösterildiği gibi noktalar bulmak (ek malzeme Şekil S1 Ayrıca bakınız) tarafından sahne x - ve y-yönlere hareket ediyor.
- 61-120 ms zaman çözünürlüğe sahip, soğutmalı dijital şarj kuplajlı cihaz (CCD) fotoğraf makinesi 20 dk için birleştiğinde ters mikroskop ile yanıp sönen noktalar video kaydetmek.
3. SERS yanıp sönen analizi
-
Zaman profil videodan türetme
- CCD kamera denetleyen yazılım, video dosyasını açın.
- Yanıp sönen noktalar ve karanlık alan seçmek için ayrı ayrı bölgeler ve video görüntüsü noktalar olmadan kapak alanları sürükleyin.
- Yanıp sönen noktalar ve karanlık yerlerde video sinyal yoğunluğu zaman profilleri türetmek için Zamansal analizi analizseçin ve Zamansal analizi penceresinde Calculate düğmesini tıklayın.
- Verileri bir metin dosyası olarak kaydedin.
-
Zaman profil analizi
- Temel zaman profilinin karanlık alanı ve/veya montaj rakamlar 2A ve 2B'yigösterildiği gibi bir polinom fonksiyon ile zaman profilden çıkararak düzleştirin.
- Yaklaşık 2000 puan, bentemelve bir standart sapma σ, temel yoğunluklarını, rakamlar 2C ve 2Dgösterildiği gibi oluşan bir ortalama temel yoğunluk değerlendirin.
- Parlak olayları karanlık olaylar, bentemel + 3σ bir eşik değerinden daha büyük şiddetlerde kullanma ayırmak ve her olay süresi kaydetmek. Şekil 3' te, örneğin, 0 olay 3.5476 için kayıt olarak karanlık olay lar ( t süresi olan 3.5476 = s) ve 3.5476 olay 4.0981 için kayıt parlak olay olarak s ( t süresi olan 0.5505 = s). Tablo 1' de gösterilen yordamı yineleyin.
- Aydınlık ve karanlık olaylar her süresince, Tablo 2birinci ve ikinci satırları ifade edildiği şekilde saymak.
- Etkinlik süresi tkısa hariç her süre için olayları sayısı toplamı. Tablo 2ikinci ve üçüncü hatları ifade edildiği şekilde, örneğin, her süresi için olayları sayısı toplamı ( t için olayları dışında 0.0612 = s) olarak 41 + 18 + 9 +...; sonuç toplamı t için eşittir 0.1223 = s, Yani 103.
- Simgenin her süresine göre bölmek ve onları normalleştirmek. Tablo 2' de ifade edildiği şekilde, örneğin, toplam süresi t için bölmek 0.0612 = süresi 0.0612 s s. 3,351.5791 sonucudur. Daha sonra Tablo 2' deki dördüncü satırı sonuçlarda Toplam Sonuç bölün. Olasılık dağılımı 0.64494 olmak elde edilir.
- Belgili tanımlık parlak olaylar Püzerinde(t) logaritma-logaritma grafikteki onların süresi t karşı için olasılık dağılımları arsa ve oturum10Püzerinde(t) günlük10 tarafından uygun (
) belgili tanımlık güç hukuk üs αüzerinde belirli bir nokta yanıp sönen için anlamak için. Eğer Püzerinde(t) tarafından monte , monte satır sapma Püzerinde(t), küçük değerlerinin, araziler üzerinden şekil 4Anoktalı çizgi tarafından gösterildiği gibi. - Olasılık dağılımları karanlık olaylar Pkapalı(t) logaritma-logaritma grafikteki onların süresi t karşı arsa ve10Pkapalı(t) uygun günlük10() tarafından
güç hukuk üs αkapalı ve aynı yanıp sönen üzerinden kesilme süresi τ spot anlamak için. Eğer Pkapalı(t) tarafından monte , monte eğrisi sapma Pkapalı(t) küçük değerlerinde araziler üzerinden. - 3.2.1 3.2.8 video diğer yanıp sönen noktalar için yineleyin.
güç hukuk üs αkapalı ve aynı yanıp sönen üzerinden kesilme süresi τ spot anlamak için. Eğer Pkapalı(t) tarafından monte Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Poli-L-lizin 1.2 iletişim kuralı tarafından hazırlanan ile gümüş nanoaggregates Resim 111' de gösterildiği gibi çeşitli renklerde yanıp sönen noktalardan SERS ve yüzey gelişmiş Floresans gözlenir. Buna ek olarak, SERS monoton renkli yanıp sönen noktalardan için gümüş nanoaggregates Protokolü 1.37,8,9,10tarafından hazırlanan boya molekülleri ile tespit edildi. "Negatif" sonuçları iki tür vardır: sürekli sonuçları veya nerede yok SERS gözlenen sonuçlar. Eski ve ikinci sonuçları kolloidal gümüş yüzeyi moleküllerin yüksek veya düşük konsantrasyonlarda sırasıyla neden olabilir.
Tek bir gümüş nanoaggregate gelen sinyalleri Şekil 2' deBgösterildiği gibi çeşitli zamanlarda çeşitli şiddetlerde göster. Bu tek bir QD yanıp sönen Floresans farklıdır. Çubuk floresan yoğunluğu, aydınlık ve karanlık Birleşik18temsil eden iki ayrı doruklarına göster. Zaman profilinin üzerine uzun menzilli olduğu gibi Resim 34kısa bir aralıktaki genişlemesi benzer. Bu 'self-benzerlik' veya 'fraktal'; adlandırılır Yani, nesnelerin özellikleri onların uzunluğu ölçekler genişletilmiş ise benzer olarak kabul edilir.
Logaritma-logaritma grafik olarak, aydınlık ve karanlık olaylar için olasılık dağılımları süreler karşı bir çizgi ve eğri, sırasıyla (aksine tek bir QD yanıp sönen) şekil 4 19' da gösterildii gibi çizilir. Grafikte, çizgisinin eğimini güç hukuk üs için karşılık gelir. Buna ek olarak, güç hukuk karanlık durum için daha kısa kuyrukları kesilir gerçeğinden daha kısa kesme zaman çıkarılabilir. Karanlık SERS olay için olasılık dağılımları zaman zaman bir güç yasa yerine bir Üstel fonksiyon tarafından donatılmıştır. O da çok uzun kesme büyük hataları ile bazen türetilmiş9,10zamanlardır. Ancak, bir Üstel fonksiyon güç kanunla bir karanlık SERS olay için olasılık dağılımları yeniden olamaz "negatif" bir sonuç değil.
Güç hukuk Çin'li αaçma/kapama ve kesme kez τ şekil 5' te gösterildiği çeşitli değerlerin bireysel gümüş nano tanecikleri gösterisinden çıkarılabilir. Birçok güç hukuk Çin'li ortalama bir standart hata ile elde edilen ve diğer değerleri değişik koşullarda karşılaştırıldığında. Kesme kez söz konusu olduğunda, ortalama yerine medyan karşılaştırma için uygun olabilir. Yaklaşık bir düzine yanıp sönen noktalar aynı anda video görülebilir çünkü neyse, veri bir bolluk yanıp sönen, çeşitli videolar elde edilebilir.
Resim 1: yanıp sönen SERS temsilcisi görüntülerini. Çeşitli renklerde yanıp sönen noktalar üzerinden Poli-L-lizin ile gümüş nanoaggregates gözlenir. Ölçek çubuğu 10 µm =. Bu renkli CCD kamera uzun bir pas ile birleştiğinde bir ters mikroskobu ile alınmıştır (bkz. Şekil S1 takıma giren malzemenin karşılık gelen video filmde) filtre. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2:(a)temsilcisi zaman profil üzerinden yanıp sönen sinyal yoğunluk spot. (B) olan temel karanlık alan zaman profilden çıkarılarak ve/veya yolu ile polinom fonksiyon uygun tarafından basık zaman profil. Royal Society kimya8izniyle çoğaltılamaz. (B), (C) genişleme kare Yani, zaman profil temel. (D) yoğunluklarını temel noktalarının şematik yoğunluğu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: temsilcisi zaman profil sinyal şiddeti nokta--dan belgili tanımlık kırpmak ve aydınlık ve karanlık olaylar (yatay çizgi) tanımını için eşik. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: yanıp sönen noktalar süreler karşı çizilen için temsilcisi olasılık dağılımları. (A) olasılık dağılımları parlak olaylar için çizilen süreler logaritma-logaritma grafikteki karşı. Katı ve noktalı çizgiler oturum10Püzerinde(t) denklemleri kullanarak sonuçları uygun günlük10= (
) ve Püzerinde(t) = , anılan sıraya göre. Logaritma-logaritma grafik süreler karşı (B) olasılık dağılımları karanlık olaylar için çizilen. Onlar bir Üstel fonksiyon ile bir güç yasa tarafından verilen bir eğri olarak takılabilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: güç kanundan elde edilen parametrelerin temsilcisi çubuk grafikler. (A)histogramını güç hukuk Çin'li parlak olaylar için. (B) histogramını güç hukuk Çin'li karanlık olaylar için. (C) Histogram kesilme kez güç hukuk bir Üstel fonksiyon ile karanlık olaylar için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil S1: SERS yanıp sönen temsilcisi film. Çeşitli renklerde yanıp sönen noktalar üzerinden Poli-L-lizin ile gümüş nanoaggregates gözlenir. Bu 50 µm × 40 µm bir alanı kaplamaktadır ve renkli CCD kamera uzun pası filtreden birleştiğinde bir ters mikroskobu ile çekildi. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)
Şekil S2: Gümüş nanoaggregate temsilcisi Taramalı elektron mikroskobu görüntüsü Poli-L-lizin veya NaCl eklenmesi tarafından kurdu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil S3: geleneksel Raman spektrumu thiacarbocyanine toz ve temsilcisi zamansal dalgalanma SERS spectra üzerinden thiacarbocyanine ile tek bir gümüş nanoaggregate. Royal Society kimya8izniyle çoğaltılamaz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Olay | Başlangıç saat/s | Bitiş saat/s | Süre/s |
| karanlık | 0.0000 | 3.5476 | 3.5476 |
| parlak | 3.5476 | 4.0981 | 0.5505 |
| karanlık | 4.0981 | 5.8720 | 1.7738 |
| parlak | 5.8720 | 5.9331 | 0.0612 |
| karanlık | 5.9331 | 6.3613 | 0.4282 |
| parlak | 6.3613 | 6.4836 | 0.1223 |
| karanlık | 6.4836 | 6.6671 | 0.1835 |
| parlak | 6.6671 | 6.7895 | 0.1223 |
| karanlık | 6.7895 | 7.0341 | 0.2447 |
| parlak | 7.0341 | 7.0953 | 0.0612 |
| karanlık | 7.0953 | 8.3798 | 1.2845 |
| parlak | 8.3798 | 8.4409 | 0.0612 |
| karanlık | 8.4409 | 8.6856 | 0.2447 |
| parlak | 8.6856 | 8.7468 | 0.0612 |
| karanlık | 8.7468 | 9.6643 | 0.9175 |
| parlak | 9.6643 | 9.9089 | 0.2447 |
| karanlık | 9.9089 | 9.9701 | 0.0612 |
| parlak | 9.9701 | 10.3371 | 0.3670 |
| karanlık | 10.3371 | 10.3983 | 0.0612 |
Tablo 1: karanlık veya aydınlık olay, olay başlangıç saatini, olay bitiş saatini ve olay süre temsilcisi tablo. Bunlar şekil 3elde edilmiştir.
| Süre/s | No olayın | Toplamı | (Summation)/(Duration) | Olasılık dağılımı/s-1 |
| 0.0612 | 102 | 205 | 3351.5791 | 0.64494 |
| 0.1223 | 41 | 103 | 841.9821 | 0.16202 |
| 0.1835 | 18 | 62 | 337.8828 | 0.06502 |
| 0.2447 | 9 | 44 | 179.8408 | 0.03461 |
| 0.3058 | 4 | 35 | 114.4442 | 0.02202 |
| 0.3670 | 3 | 31 | 84.4707 | 0.01626 |
| 0.4282 | 3 | 28 | 65.3967 | 0.01258 |
| 0.4893 | 4 | 25 | 51.0911 | 0.00983 |
| 0.5505 | 1 | 21 | 38.1481 | 0.00734 |
| 0.6117 | 1 | 20 | 32.6983 | 0.00629 |
| 0.6728 | 5 | 19 | 28.2395 | 0.00543 |
| 0.7340 | 2 | 14 | 19.0740 | 0.00367 |
| 0.9786 | 1 | 12 | 12.2619 | 0.00236 |
| 1.0398 | 1 | 11 | 10.5789 | 0.00204 |
| 1.1621 | 2 | 10 | 8.6048 | 0.00166 |
| 1.3456 | 1 | 8 | 5.9452 | 0.00114 |
| 1.4068 | 1 | 7 | 4.9758 | 0.00096 |
| 1.9573 | 1 | 6 | 3.0655 | 0.00059 |
| 2.0796 | 1 | 5 | 2.4043 | 0.00046 |
| 2.2631 | 1 | 4 | 1.7675 | 0.00034 |
| 2.4466 | 1 | 3 | 1.2262 | 0.00024 |
| 2.8136 | 1 | 2 | 0.7108 | 0.00014 |
| 2.9359 | 1 | 1 | 0.3406 | 0.00007 |
Tablo 2: Süre, birçok olay her süresi ve onların normalleştirilmiş olasılık dağılımları göre bölünmüş ise her süre, daha uzun süre için olay sayısı toplamı için temsilci tablosu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Gümüş nanoaggregate Kavşağı, SERS duyulur. Böylece, sitrat anyon ile kaplıdır kolloidal nano tanecikleri yerine nanoaggregates hazırlamak gerekir. Gümüş toplamları oluşan Poli-L--NH3+ ve SERS kökenlidir, lizin, ek tarafından oluşturulan etkisini Tuzlama üzerinden veya Na+ özellikler Şekil S2 takıma giren malzemenin içinde gösterildiği gibi NaCl, dan. Ayrıca, geniş alan birçok noktaları aydınlatmak için odaklanmamış lazer ışını örnek yüzey, mikroskop için bağlı olmayan bir lens göre 30 ° açılı teslim edilir. Gözlem alanı değil aydınlatılmış bir olasılık var. Biz ayarlamak ve yüksek büyütme ile gözlem alanı aydınlatmak için lazer alanını taşıyın. Bu iyileştirme sonra monoton renkli noktalar aynı renkli ortamda görülebilir. Bu SERS gözlem yanıp sönen için kritik adım vardır.
Burada, güç hukuk analiz için dikkat gerektiren konularda ele alınmıştır. İlk olarak, aydınlık ve karanlık olaylar tanımı için eşik yanıp sönen analiz etkiler. Eşik arttı, güç hukuk Çin'li ve kesme kez de4,5,9artış eğilimi. Ne zaman Çin'li (αüzerinde ve αkapalı) ve kesme kez farklı Eğilimler Sergisi, yanıp sönen SERS bağımlılığı tespit edilebilir. İkinci olarak, daha küçük güç hukuk üs parlak ya da ölü olay7için uzun bir süre daha düşük olasılık temsil eden dik logaritma-logaritma grafik güç kanunla verilen çizgisinin eğimini temsil eder. Parlak olaylar için uzun süreler devam edemiyor çünkü onlar karanlık olaylar için daha parlak olaylar için daha az nokta grafikte çizilir. O zaman,üzerinde α değerleri αkapalı, değerleri7tek bir QD yanıp sönen aksine, daha küçük olma eğilimindedir (αkapalı αüzerinde =-1.5 =)18. Çünkü olasılık dağılımı tarafından verilen üçüncü olarak, Çin'li sadece-110, biraz daha büyük hale gelir:
,
orta vadede olan pay (3.2.5 iletişim kuralından türetilmiş; Tablo 2Üçüncü satırı bakın) t, uzun süreleri hatta daha uzun süreler için aydınlık ve karanlık olayların sayısı Aslında tarafından azaltılan eğilimindedir çünkü azaltmak eğilimi bu moleküller rasgele hareket ve zor bir yayıcı devlet veya yayıcı durumu (nanoaggregate junction) uzun süre için Tablo 2ikinci satırda ifade edildiği şekilde kalabilirsin. Güç hukuk üs α =-1.5 veya -1, molekül rastgele üzerinde gümüş yüzey bir - ya da two-dimensionally, sırasıyla4,5,18yürür aslında elde edilebilir. Buna ek olarak, kesme zaman bir daha hızlı moleküler rastgele yürüyüş ve/veya bir sigara-yayıcı dan daha yüksek enerji bariyeri yayıcı devlet4,5,19tarafından kısaltılır. Çünkü üreme başarısızlık çok uzun dan kaynaklanan yüzdeleri olasılık dağılımları bir Üstel fonksiyon ile güç kanunla üretilemeyen olayların önemli veri9,10, olduğunu kaydetti kesme kez.
Önceki çalışmalar12,13,14' te, otokorelasyon işlevi de SERS yanıp sönen kullanıldı. Floresans korelasyon spektroskopisi için kullanıldı, otokorelasyon işlevi Difüzyon katsayıları ve floresan molekülleri içinde ve dışında bir odak alanı21,22hareket konsantrasyonları temsil. SERS yanıp sönen, ancak, basit bir işlev otokorelasyon işlevi14yeniden oluşturabilirsiniz. Bir otokorelasyon işlevi bazı periyodik olarak belirleyebilir çünkü bu SERS, yanıp sönen için karmaşık bir süreç göstermektedir. Başka bir nicel analizi, bir sinyal15saat profilden normalleştirilmiş Standart sapma puanı elde edildi. Büyük bir puan toplam şiddeti istikrarsızlık belirtti. Bu çözümleme yaklaşımlar bir tek molekül'ın davranışı yerine birkaç molekülleri davranışını için uygun olabilir. Ayrıca, parlak olaylar için ortalama süreleri SERS4,14yanıp sönen analizi için kullanılmıştır. Bunlar gelişmiş bir Elektromanyetik alan, SERS16süper kararlılık düşsel benzer molekül davranışını açığa olabilir. Ancak, ortalama karanlık olaylar için elde edilebilir değil; parlak SERS olayların toplam süresi artarken Yani, tek gümüş karanlık SERS olaylardan toplam süreleri nanoaggregates olaylar4, sayısında bir artış azalma. Bu nedenle, bu tekniklerin tarafından parlak SERS olaylar sadece moleküler davranışını soruşturma olmaktır. Bir güç hukuk analizi, öte yandan, karanlık durum için moleküler davranışı kullanarak (diğer bir deyişle, gümüş yüzeyinde, gümüş nanoaggregates kavşak dışında) güç hukuk üs αkapalı ve kesilme zamanı açısından10 tahmini . Bu önceki teknik önemli bir farktır.
Belgili tanımlık kırpmak SERS tarafından indüklenen onaylamak için yelpazenin bir görünümü ile bir iğne deliği ortasındaki gümüş nanoaggregate üzerinden ek malzeme Şekil S3 içinde gösterildiği gibi ölçülür. Ancak, bu tüm yanıp sönen noktalar7' den,8,9,10,11ölçülen değildir. Poli-L-lizin11için uzun dalga boyu alanında yanıp sönen, ama Ayrıca SERS gibi gelişmiş EM alanlarda kaynaklanan yüzey gelişmiş floresan değil SERS atfedilir. Ayrıca, fluctuated spectra yanıp sönen ile bağlanmak için tartışmalıdır. Bu mevcut teknik bir kısıtlamadır.
Gelecekte, SERS yanıp sönen her tepe açısından analiz edilmelidir. Diğer bir deyişle, güç hukuk analiz spektral görüntüleme ile birleştirilmelidir. Benzersiz titreşim imzalar karışık analitler gözlenir bir BI-analitin tekniği17, kullanarak tek molekül SERS kökeni doğrulanmıştır. Ancak, moleküler davranışını önemli ölçüde, zaman çözünürlüğü nedeniyle soruşturma olması değil. Son zamanlarda, her kökenli farklı davranış kesme kez açısından her yanıp sönen noktalar her optik filtre ve güç hukuk analiz11gözlemleyerek algılandı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazar ifşa etmek hiçbir şey vardır.
Acknowledgments
Yazar Prof. Y. Ozaki (Kwansei Gakuin Üniversitesi) ve Dr. T. Itoh (Ulusal Enstitüsü gelişmiş sanayi bilim ve teknoloji) Bu eser verimli onların tartışma için teşekkürler. Bu eser Milli Eğitim Bakanlığı, kültür, spor, bilim ve Teknoloji (No. 16 K 05671) KAKENHI (Grant-in-Aid için bilimsel araştırma C) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silver nitrate, 99.8% | Wako | 194-00832 | |
| Trisodium citrate dihydrate, 99. % | Wako | 191-01785 | |
| Poly-L-lysine aqueous solution, 0.1% | Sigma-Aldrich | P8920 | |
| 3,3'-disulfopropylthiacyanine triethylamine | Hayashibara Biochemical Laboratories | NK-2703 | a kind of thiacyanine dyes |
| 3,3'-diethyl-5,5'-dichloro-9-methylthiacarbocyanine iodine salt | Hayashibara Biochemical Laboratories | SMP-9 | a kind of thiacarobocyanine dyes |
| Sodium chloride, 99.5% | Wako | 191-01665 | |
| Dimroth condenser | Iwaki | 61-9722-22 | perchased from AS ONE |
| Magnetic stirrer | Corning | DC-420D | |
| Oil bath | Advantech | OS-220 | |
| Glass plate | Matsunami | S-1112 | Microscope slide |
| Blower | Hozan | Z-288 | Air duster |
| Liquid blocker pen | Daido Sangyo | LIQUID BLOCKER (Super Pap Pen). Ready-to-use hydrophobic barrier pen designed for immunohistochemistry applications | |
| Inverted microscope | Olympus | IX-70 | |
| Objective lens | Olympus | LCPlanFl 60× | NA 0.7 |
| Dark field condenser | Olympus | U-DCD | NA 0.8–0.92 |
| Cooled digital CCD camera | Hamamatsu | ORCA-AG | controlled by software Aqua Cosmos |
| Software for the cooled digital CCD camera | Hamamatsu | AquaCosmos | used for also derivation of the time-profiles from the blinking spots in the video |
| Color CCD camera | ELMO | TNC-C920 | not used for analysis |
| DPSS laser | RGB laser system | NovaPro532-75 | λ = 532 nm; 60 mW (corresponds to a power density of 600 W/cm2) |
| Interference filter | Semrock | LL01-532-12.5 | |
| Long pass filter | Semrock | BLP01-532R-25 | |
| Software for the distinguishment and counting of the bright/dark events | home-maid | programmed by C++ | |
| Software for the fitting by a power law | LightStone | Origin6.1 |
References
- Qian, X. M., Nie, S. M. Single-molecule and single-nanoparticle SERS: from fundamental mechanisms to biomedical applications. Chem. Soc. Rev. 37, 912-920 (2008).
- Pieczonka, N. P. W., Aroca, R. F. Single molecule analysis by surfaced-enhanced Raman scattering. Chem. Soc. Rev. 37, 946-954 (2008).
- Kneipp, J., Kneipp, H., Kneipp, K. SERS -a single-molecule and nanoscale tool for bioanalytics. Chem. Soc. Rev. 37, 1052-1060 (2008).
- Kitahama, Y., Ozaki, Y. Analysis of blinking SERS by a power law with an exponential function. Frontiers of Surface-Enhanced Raman Scattering: Single-Nanoparticles and Single Cells. , Wiley. Chichester. Chapter 6 (2014).
- Kitahama, Y. Truncated Power Law Analysis of Blinking SERS. Frontiers of Plasmon Enhanced Spectroscopy Volume 1 (ACS Symposium series Vol. 1245). , American Chemical Society. Washington DC. Chapter 4 (2016).
- Bizzarri, A. R., Cannistraro, S. Lévy Statistics of Vibrational Mode Fluctuations of Single Molecules from Surface-Enhanced Raman Scattering. Phys. Rev. Lett. 94, 068303 (2005).
- Kitahama, Y., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Power-law analysis of surface-plasmon-enhanced electromagnetic field dependence of blinking SERS of thiacyanine or thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7439-7448 (2011).
- Kitahama, Y., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Analysis of excitation laser intensity dependence of blinking SERRS of thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates by using a power law with an exponential function. Chem. Commun. 47, 3888-3890 (2011).
- Kitahama, Y., Enogaki, A., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Truncated power law analysis of blinking SERS of thiacyanine molecules adsorbed on single silver nanoaggregates by excitation at various wavelengths. J. Phys. Chem. C. 117, 9397-9403 (2013).
- Kitahama, Y., Araki, D., Yamamoto, Y. S., Itoh, T., Ozaki, Y. Different behaviour of molecules in dark SERS state on colloidal Ag nanoparticles estimated by truncated power law analysis of blinking SERS. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 21204-21210 (2015).
- Kitahama, Y., Nagahiro, T., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Analysis of blinking from multicoloured SERS-active Ag colloidal nanoaggregates with poly-L-lysine via truncated power law. J. Raman. Spectrosc. 48, 570-577 (2017).
- Habuchi, S., et al. Single-Molecule Surface Enhanced Resonance Raman Spectroscopy of the Enhanced Green Fluorescent Protein. J. Am. Chem. Soc. 125, 8446-8447 (2003).
- Weiss, A., Haran, G. Time-Dependent Single-Molecule Raman Scattering as a Probe of Surface Dynamics. J. Phys. Chem. B. 105, 12348-12354 (2001).
- Emory, S. R., Jensen, R. A., Wenda, T., Han, M., Nie, S. Re-examining the origins of spectral blinking in single-molecule and single-nanoparticle SERS. Faraday Discuss. 132, 249-259 (2006).
- Itoh, T., Iga, M., Tamaru, H., Yoshida, K., Biju, V., Ishikawa, M. Quantitative evaluation of blinking in surface enhanced resonance Raman scattering and fluorescence by electromagnetic mechanism. J. Chem. Phys. 136, 024703 (2012).
- Willets, K. A. Super-resolution imaging of SERS hot spots. Chem. Soc. Rev. 43, 3854-3864 (2014).
- Dieringer, J. A., Lettan, R. B., Scheidt, K. A., Van Duyne, R. P. A Frequency Domain Existence Proof of Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 129, 16249-16256 (2007).
- Cichos, F., von Borczyskowski, C., Orrit, M. Power-law intermittency of single emitters. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 12, 272-284 (2007).
- Tang, J., Marcus, R. A. Mechanisms of fluorescence blinking in semiconductor nanocrystal quantum dots. J. Chem. Phys. 123, 054704 (2005).
- Lee, P. C., Meisel, D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. J. Phys. Chem. 86, 3391-3395 (1982).
- Krichevsky, O., Bonnet, G. Fluorescence correlation spectroscopy: the technique and its applications. Rep. Prog. Phys. 65, 251-297 (2002).
- Hess, S. T., Huang, S., Heikal, A. A., Webb, W. W. Biological and Chemical Applications of Fluorescence Correlation Spectroscopy: A Review. Biochemistry. 41, 697-705 (2002).
