Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Observation og analyse af blinkende overflade-forstærket Raman spredning

Published: January 11, 2018 doi: 10.3791/56729
Automatic Translation
1
1Department of Chemistry, Kwansei Gakuin University

Summary

Denne protokol beskriver analysen af blinkende overflade-forstærket Raman spredning på grund af tilfældige gang af et enkelt molekyle på en sølv overflade ved hjælp af magt love.

Abstract

Fra et enkelt molekyle på en sølv nanoaggregate junction, er blinkende overflade-forstærket Raman spredning (SERS) observeret. Her, en protokol, der præsenteres på hvordan man forbereder SERS-aktive sølv nanoaggregate, optage en video af visse blinkende steder i det mikroskopiske billede og analysere den blinkende statistik. I denne analyse gengiver en magt lov sandsynlighedsfordelinger til lyse begivenheder i forhold til deres varighed. Sandsynlighedsfordelinger til mørke begivenheder er monteret af en power lov med en eksponentiel funktion. Parametrene for magt loven repræsentere molekylære adfærd i både lyse og mørke stater. Tilfældig gang model og hastigheden af molekylet tværs over hele sølv overfladen kan anslås. Det er vanskeligt at vurdere selv når du bruger gennemsnit, autokorrelation funktioner og super-resolution SERS billeddannelse. I fremtiden, bør magt loven analyser kombineres med spektrale imaging, fordi oprindelsen af blinker ikke kan bekræftes af denne analysemetode, der er alene.

Introduction

Overflade-forstærket Raman spredning (SERS) er meget følsomme Raman spektroskopi fra en ædel metal overflade. Da Raman spektret giver detaljerede oplysninger om molekylære struktur baseret på skarpe peak holdninger gennem de vibrationelle tilstande af funktionelle grupper i molekyler, kan et enkelt molekyle oplysninger på en metal overflade undersøges ved hjælp af SERS1,2,3. Fra en sølv nanoaggregate med en adsorbate på enkelt-molekyle niveau, er en blinkende signal observeret1,2,3,4,5,6, 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16, og spektret svinger1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14. Blinker kan være fremkaldt af en enkelt molekyle, der tilfældigt flytter ind og ud af en forbedret elektromagnetiske (EM) felt på en nanometer-størrelse sølv nanoaggregate krydset. Derfor, blinker betragtes enkle beviser for enkelt-molekyle påvisning, sammenlignet med en teknik, der bruger en Poisson fordeling af SERS Støtteintensiteter og en bi-analysand2,3,17. De detaljerede mekanismer i den blinkende og svingende spektrum, som kan kraftigt afhænger molekylære adfærd på Ag overflade, er dog stadig omstridt.

I tidligere undersøgelser, har blinkende SERS været analyseret ved hjælp af funktionen autokorrelation, som kan beregne diffusion koefficient og koncentration af molekyler bevæger sig ind og ud af en forbedret EM felt12,13,14 . Desuden hidrører en normaliseret standardafvigelse score, som repræsenterer ustabilitet i den samlede støtteintensitet, fra Tidsprofilen signal15. Dog kan disse analytiske tilgange baseret på opførsel af et par molekyler. Derimod i en super-opløsning billeddannelse af blinkende SERS, kan enkelt-molekyle adfærd i en forbedret EM felt være identificeret16. Men disse teknikker kan få sådanne parametre kun i en forbedret EM felt. Tilfældige funktionsmåden for et enkelt molekyle inden for en bred vifte (for eksempel i blinker SERS) kan være repræsenteret som en magt lov snarere end en gennemsnitlig4,5,6,7,8 ,9,10,11, svarende til blinkende fluorescens fra en enkelt semiconductor quantum dot (QD)18,19. Ved hjælp af en power lov analyse4,5,6,7,8,9,10,11, Molekylær adfærd kan estimeres i både lyse stat (i feltet udvidet EM) og mørk stat10; det vil sige, kan opførsel af molekylet over hele sølv overfladen anslås.

For denne teknik, sølv kolloid nanoaggregates er brugt4,5,6,7,8,9,10,11. Disse nanoaggregates viser forskellige lokaliserede overflade plasmon resonans (LSPR) bands, der kraftigt påvirker forbedret elektromagnetiske felter, når de er glade ved visse bølgelængder. SERS-aktive sølv nanopartikler findes i kolloid suspension, og nogle data kan således umiddelbart opnås. For simple nanostrukturer, som har specifikke størrelser, former og ordninger, kan LSPR afhængighed af SERS blinker skjule andre dependences7; nemlig, hvis den gode eller dårlige nanostrukturer til LSPR bruges, parametrene bliver konstant, og de andre dependences vil derfor være skjult. Magt loven analyse har været brugt til at opdage forskellige dependences af den blinkende SERS fra sølv kolloid nanoaggregates4,5,6,7,8, 9 , 10 , 11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Prøvetilberedning

  1. Forberedelse af sølv kolloid nanopartikler 20
    1. For at fremstille sølv kolloid nanopartikler, opløse 0.030 g sølvnitrat og 0.030 g Trinatriumcitrat dihydrat i 150 mL vand i en kolbe på 200 mL rund bund.
    2. Kombinere kolben med en tilbageløbskøler (Dimroth).
    3. Opløsningen omrøres i kolben med en magnetisk omrører og rør bar. Derefter varme omrøring løsningen i kolben i et oliebad ved 150 ° C i 60 min.
      Bemærk: Løsningen bliver gul, så mælket grå.
    4. Cool suspension ved stuetemperatur, og holde suspensionen i kolben dækkes med alufolie i køleskab.
      Bemærk: Protokollen kan pause på dette tidspunkt. Bruge den kolloid nanopartikler, efter opbevaring i køleskab, inden en måned.
  2. Forberedelse af prøven for multi farvet blinkende emission 11
    1. Klar et objektglas, opvask i hånden af en glasplade med sæbe og skylles med vand.
    2. Tilføje 0,1% poly-L-lysin vandig opløsning til glasplade, og fjerne løsningen med en blæser.
    3. Tilføje sølv kolloid suspension til glasplade, og fjerne suspensionen med en blæser.
    4. Vedlægge et placeringsområde på glaspladen med en flydende blocker pen.
    5. Drop destilleret vand på glaspladen, og dække det med en anden glasplade til at oprette et objektglas og forhindre vand fordamper.
  3. Forberedelse af prøven for monoton farvet blinkende SERS 7 , 8 , 9 , 10
    1. Klar et objektglas, opvask i hånden af en glasplade med sæbe og skylles med vand.
    2. Bland den sølv kolloid suspension med thiacyanine eller thiacarbocyanine farvestof (25 eller 4 µM, henholdsvis) og en NaCl (10 mM) vandig opløsning på en volumen-forholdet på 2:1:1.
    3. Drop prøve suspension på glaspladen, og fjerne suspensionen med en blæser.
    4. Vedlægge et placeringsområde på glaspladen med en flydende blocker pen.
    5. Drop en vandig opløsning af NaCl (1 M) på glasplade til at immobilisere den sølv nanopartikler, og dække det med en anden glasplade til at oprette et mikroskop slide plade og forhindre løsningen fordamper.

2. observation af blinkende sølv nanopartikler

  1. Belysning af prøven
    1. Placer prøve glasplade udarbejdet ved hjælp af protokollen 1.2 eller 1.3 på scenen i en inverteret mikroskop.
    2. Belyse prøve glasplade ved hjælp af hvidt lys gennem en mørkefelt kondensator, og fokus på forskellige farvede pletter (blå, grøn, gul og rød) på glaspladen ved hjælp af en målsætning linse (60 X).
    3. Belyse prøve glasplade ved hjælp af en svækket stråle, leveret i en vinkel på 30° i forhold til prøveoverfladen, fra en diodelaser pumpede solid state (DPSS) kontinuerte (cw) gennem en indblanding filter.
    4. For at bruge laser belysning til at observere den sølv nanoaggregates som monoton farvet steder i samme-farvede omgivelser, flytte laser belysningsstyrke område til midten af visningen, og fokusere på steder på glasplade af justering fase i z-retning.
  2. Observation af blinkende
    1. Indsæt en lang-pass filter efter mål linse, og belyse den prøve glasplade ved hjælp af en DPSS cw-laserstråle leveres i en vinkel på 30° i forhold til prøveoverfladen gennem en indblanding filter.
    2. Find den blinkende steder som vist i figur 1 (Se også Figur S1 i det supplerende materiale) ved at flytte fase i x - og y-retninger.
    3. Optage video af de blinkende steder med omvendt mikroskop, koblet til et afkølet digital charge - sammen enhed (CCD) kamera, som har en tidsopløsning af 61-120 ms, i 20 min.

3. analyse af blinkende SERS

  1. Afledning af Tidsprofilen fra video
    1. I den software, der styrer CCD kamera, åbne videofilen.
    2. Du vælger de blinkende pletter og mørke område, trække områder, at særskilt dækker af områder med og uden pletter i billedet.
    3. For at udlede signal intensitet tidsprofiler fra blinkende pletter og mørke områder i videoen, Vælg Tidsmæssig analyse i analyse, og klik på Beregn i vinduet Tidsmæssig analyse .
    4. Gemme data som en tekstfil.
  2. Analyse af tidsprofil
    1. Flatten en baseline af tidsprofil ved at fratrække Tidsprofilen fra det mørke område og/eller montering med et polynomium funktion, som vist i tal 2A og 2B.
    2. Evaluere en gennemsnit baseline intensitet, der består af cirka 2.000 point, jegbase, og en standardafvigelse på baseline intensiteter, σ, som vist i tallene 2 c og 2D.
    3. Skelne lyse begivenheder fra mørke events med større intensitet end en tærskel på jegbase + 3σ, og registrere varigheden af hver event. I figur 3, for eksempel optage begivenhed fra 0 til 3.5476 s som den mørke begivenhed (med en varighed af t = 3.5476 s), og registrere hændelsen fra 3.5476 til 4.0981 s som den lyse begivenhed (med en varighed af t = 0.5505 s). Gentag proceduren, som vist i tabel 1.
    4. Tæl antallet af lyse og mørke begivenheder for hver varighed, som udtrykt i den første og anden linjer i tabel 2.
    5. Opsummere antallet af begivenheder for hver varighed, undtagen begivenheder kortere end varighed t. Som udtrykt i de anden og tredje linje i tabel 2, eksempelvis opsummere antallet af begivenheder for hver varighed (undtagen begivenheder for t = 0.0612 s) som 41 + 18 + 9 +...; Resultatet er lig med summen for t = 0.1223 s, dvs 103.
    6. Divider Sumtegn med hver varighed, og normalisere dem. Som udtrykt i tabel 2, for eksempel, opdele summation for varighed t = 0.0612 s ved varighed 0.0612 s. Resultatet er 3,351.5791. Derefter dividere resultatet med summen af resultaterne i den fjerde linje i tabel 2. Sandsynlighedsfordeling stammer for at være 0.64494.
    7. Plot sandsynlighedsfordelinger for den lyse begivenheder Ppå(t) mod deres varighed t i en logaritme-logaritme graf, og passer Log10Ppå(t) af Log10 (Equation 1) til at udlede magt lov eksponent αpå en specifik blinker spot. Hvis Ppå(t) er monteret med Equation 1 , linjen monteret afviger fra parceller på små værdier af Ppå(t), som det fremgår af den stiplede linje i figur 4A.
    8. Plot sandsynlighedsfordelinger til mørke begivenheder Pud(t) mod deres varighed t i en logaritme-logaritme graf, og passer Log10Pud(t) af Log10( Equation 3 til at udlede magt lov eksponent αoff og den afkortning tid τ fra den samme blinkende spot. Hvis Pud(t) er monteret med Equation 3 , monteret kurven afviger fra parceller på små værdier af Pfra(t).
    9. Gentag 3.2.1 til 3.2.8 for de andre blinker steder i videoen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fra den sølv nanoaggregates med poly-L-lysin udarbejdet af protokollen 1.2, overholdes flerfarvede blinkende steder fra SERS og overflade-forstærket fluorescens, som vist i figur 111. Derimod blev monoton farvet blinkende steder fra SERS observeret for den sølv nanoaggregates med farvestof molekyler udarbejdet af protokollen 1,37,8,9,10. Der er to typer af "negative" resultater: løbende resultater eller resultater hvor ingen SERS er observeret. De sidstnævnte og tidligere resultater kan være forårsaget af høje eller lave koncentrationer af molekyler på kolloid sølv overfladen, henholdsvis.

Signalerne fra en enkelt sølv nanoaggregate vise forskellige intensiteter på forskellige tidspunkter, som vist i figur 2B. Dette er forskelligt fra den blinkende fluorescens af en enkelt QD. Histogrammer af fluorescens-intensiteten viser to adskilte toppe, som repræsenterer lys og mørke stater18. Tidsprofilen over en lang afstand ligner sin ekspansion i en kort rækkevidde, som i figur 34. Dette kaldes 'self-lighed' eller 'fraktal'; nemlig, objekter funktioner betragtes som ens hvis deres længdeskalaer er udvidet.

I en logaritme-logaritme graf afbildes sandsynlighedsfordelinger for lyse og mørke hændelser mod deres varigheder som en linje- og kurvekommandoer, henholdsvis, som vist i figur 4 (i modsætning til blinker fra en enkelt QD)19. I grafen svarer hældningen af linjen til power lov eksponent. Derimod er den kortere trunkering tid udledes af den omstændighed, at magt loven for den mørke tilstand er afkortet på kortere haler. For hændelsen mørke SERS er sandsynlighed distributioner lejlighedsvis monteret ved en magt lov i stedet for en eksponentiel funktion. Det er er meget lang trunkering gange med stor fejl undertiden afledte9,10. Det er imidlertid ikke en "negativ" resultat, at en magt lov med en eksponentiel funktion ikke kan reproducere sandsynlighedsfordelinger til en mørk SERS begivenhed.

Den magt lov eksponenter αTænd/sluk og trunkering gange τ udledes individuelle sølv nanopartikler Vis forskellige værdier, som vist i figur 5. Fra de mange magt lov eksponenter, er gennemsnitligt med en standardfejl afledt og i forhold til andre værdier i forskellige betingelser. For trunkering gange, kan median snarere end gennemsnittet være egnet til sammenligning. Heldigvis, en overflod af data kan indsamles fra flere videoer på blinkende, fordi cirka et dusin blinkende steder kan observeres samtidig i videoen.

Figure 1
Figur 1: repræsentative billeder af den blinkende SERS. Flerfarvede blinkende steder er observeret fra sølv nanoaggregates med poly-L-lysin. Skalalinjen = 10 µm. Dette er taget med en inverteret mikroskop koblet til en farve CCD kamera gennem en lang pass filter (se den tilhørende video film i Figur S1 af det supplerende materiale). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: (A) repræsentative Tidsprofilen signal intensitet fra blinkende spot. (B) tidsprofil hvis baseline er fladtrykt ved at fratrække Tidsprofilen fra det mørke område og/eller montering via et polynomium funktion. Gengivet med tilladelse fra Royal Society of Chemistry8. (C) udvidelsen af square i (B), nemlig basislinjen af tidsprofil. (D) skematisk tæthed af intensiteten af baseline point. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: repræsentant Tidsprofilen signal intensitet fra den blinkende spot og tærsklen for definitionen af lyse og mørke begivenheder (vandret streg). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: repræsentative sandsynlighedsfordelinger til blinkende steder plottes i deres varighed. ()A) sandsynlighedsfordelinger til lyse begivenheder plottes i deres varighed i en logaritme-logaritme graf. Solid og stiplede linjer er montering resultater ved hjælp af ligninger som Log10Ppå(t) = Log10(Equation 1) og Ppå(t) = Equation 1 , henholdsvis. (B) sandsynlighedsfordelinger til mørke begivenheder plottes i deres varighed i en logaritme-logaritme graf. De kan monteres som en kurve, der er givet af en magt lov med en eksponentiel funktion. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: repræsentative histogrammer parametre stammer fra power lov. (A) Histogram af magt lov eksponenter for lyse begivenheder. (B) Histogram af magt lov eksponenter for mørke begivenheder. ()C) Histogram af trunkering gange i power lov med en eksponentiel funktion for de mørke begivenheder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplemental Figure 1
Figur S1: repræsentative film af blinkende SERS. Flerfarvede blinkende steder er observeret fra sølv nanoaggregates med poly-L-lysin. Dette dækker et areal på 50 µm × 40 µm og blev taget med en inverteret mikroskop koblet til en farve CCD kamera gennem en lang pass filter. Venligst klik her for at se denne video. (Højreklik for at hente.)

Supplemental Figure 2
Figur S2: repræsentative scanning elektron mikroskop billede af sølv nanoaggregate dannet ved tilsætning af poly-L-lysin eller NaCl. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplemental Figure 3
Figur S3: konventionelle Raman spektrum for thiacarbocyanine pulver, og repræsentative tidsmæssige svingede SERS spektre fra en enkelt sølv nanoaggregate med thiacarbocyanine. Gengivet med tilladelse fra Royal Society of Chemistry8. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Event Start tid/s Ende tid/s Varighed/s
mørk 0.0000 3.5476 3.5476
lyse 3.5476 4.0981 0.5505
mørk 4.0981 5.8720 1.7738
lyse 5.8720 5.9331 0.0612
mørk 5.9331 6.3613 0.4282
lyse 6.3613 6.4836 0.1223
mørk 6.4836 6.6671 0.1835
lyse 6.6671 6.7895 0.1223
mørk 6.7895 7.0341 0.2447
lyse 7.0341 7.0953 0.0612
mørk 7.0953 8.3798 1.2845
lyse 8.3798 8.4409 0.0612
mørk 8.4409 8.6856 0.2447
lyse 8.6856 8.7468 0.0612
mørk 8.7468 9.6643 0.9175
lyse 9.6643 9.9089 0.2447
mørk 9.9089 9.9701 0.0612
lyse 9.9701 10.3371 0.3670
mørk 10.3371 10.3983 0.0612

Tabel 1: repræsentative tabel mørke eller lyse arrangement, event starttid, begivenhed sluttidspunkt og event varighed. Disse blev afledt fra figur 3.

Varighed/s Lol af begivenhed Summation (Summation)/(Duration) Sandsynlighedsfordeling/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

Tabel 2: Repræsentative tabel af varighed, antallet af hændelser for hver varighed, summation af antallet af begivenheder for den længere varighed, Sumtegn divideret med hver varighed og deres normaliseret sandsynlighedsfordelinger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Fra sølv nanoaggregate junction udsendes SERS. Således er nødt vi til at forberede nanoaggregates snarere end kolloid nanopartikler, som er dækket med citrat anioner. Sølv aggregater er dannet fra saltning ud effekten, der skabes ved tilsætning af poly-L-lysin, der har -NH3+ og oprindelsen af SERS, eller Na+ kationer fra NaCl, som vist i Figur S2 i den supplerende materiale. Desuden, for at belyse de mange steder i det brede område, ufokuserede laserstrålen er leveret i en vinkel på 30° i forhold til prøveoverfladen, gennem en linse, der ikke er knyttet til mikroskop. Der er mulighed for at området observation ikke er belyst. Vi tilpasser og flytte området laser til at belyse området observation med høj forstørrelse. Efter denne optimering er monotont farvede pletter synlige i samme-farvede omgivelser. Disse er de kritiske trin for blinkende SERS observation.

Her, drøftes spørgsmål, der kræver opmærksomhed for power lov analyse. Først, tærsklen for definitionen af lyse og mørke begivenheder påvirker den blinkende analyse. Når tærsklen er øget, magten lov eksponenter og trunkering gange tendens til at øge samt4,5,9. Når eksponenter (αpå og αoff) og trunkering gange udviser forskellige tendenser, kan afhængighed af den blinkende SERS blive opdaget. Andet, mindre magt lov eksponenten repræsenterer stejlere hældningen af linjen givet ved magt loven i logaritme-logaritme-graf, der repræsenterer lavere sandsynligheden for en lang varighed for lyse eller mørke event7. Fordi de lyse begivenheder ikke kan fortsætte i lang tid ad gangen, afbildes færre point for de lyse begivenheder i grafen, end de er for de mørke begivenheder. Derefter, αpå værdier tendens til at være mindre end αoff, værdier7, i modsætning til blinker fra en enkelt QD (αoff = αpå =-1.5)18. For det tredje blive eksponenter kun lidt større end-110, fordi sandsynlighedsfordeling er givet ved:

Equation 7,

Hvis tælleren i midten sigt (afledt af protokollen 3.2.5, se den tredje linje i tabel 2) tendens til at falde på længere varighed af t, fordi selv antallet af lyse og mørke begivenheder for længere varighed har tendens til at være faldet af faktum, at molekylerne bevæge sig tilfældigt og næppe kan bo i en ikke-emissive stat eller emissive tilstand (krydset af nanoaggregate) for en lang periode, som udtrykt i den anden linje i tabel 2. Magt loven eksponent α =-1.5 eller -1, kan udledes af den omstændighed, at molekylet tilfældigt gåture på den sølv overflade one - eller todimensionelt, henholdsvis4,5,18. Derimod er trunkering tid forkortet af en hurtigere molekylære tilfældig gang og/eller højere energi barriere fra en ikke-emissive til emissive state4,5,19. Det bemærkes, at procentsatserne for arrangementer hvis sandsynlighedsfordeling ikke kan gengives af en power lov med en eksponentiel funktion er vigtige data9,10, fordi reproduktion fiasko stammer fra meget længe trunkering gange.

I tidligere undersøgelser12,13,14, blev funktionen autokorrelation også brugt til blinkende SERS. Funktionen autokorrelation, som blev brugt til fluorescens-korrelations-spektroskopi, repræsenteret diffusion koefficienter og koncentrationer af fluorescerende molekyler bevæger sig ind og ud af et fokusområde21,22. For blinker SERS, dog kan ingen simpel funktion reproducere autokorrelation funktion14. Dette antyder en kompleks proces for blinkende SERS, fordi en autokorrelation funktion kan identificere nogle hyppighed. I en anden kvantitativ analyse stammer en normaliseret standardafvigelse score fra en tidsprofil på signal15. En stor score fremgår samlede intensitet ustabilitet. Disse analyse tilgange kan være egnet til opførsel af et par molekyler i stedet for et enkelt molekyle adfærd. Desuden, de gennemsnitlige varighed for lyse begivenheder blev brugt til analyse af blinkende SERS4,14. Disse kunne afsløre funktionsmåden for molekyle i en forbedret EM felt, svarende til Super-resolution imaging SERS16. Gennemsnit for mørke begivenheder kunne imidlertid ikke udledes; nemlig, de samlede varighed af mørke SERS begivenheder fra enkelt sølv nanoaggregates var faldet af en stigning i antallet af begivenheder4, mens den samlede varighed af lyse SERS begivenheder øget. Derfor kunne kun lyse SERS begivenheder molekylære adfærd undersøges ved hjælp af disse teknikker. Ved hjælp af en power lov analyse, på den anden side den molekylære adfærd for den mørke tilstand (det vil sige på sølv overfladen, med undtagelse af knudepunkter af sølv nanoaggregates) kan estimeres magt lov eksponent αoff og afkortning tid10 . Dette er en væsentlig forskel fra tidligere teknikker.

For at bekræfte, at den blinker er foranlediget af SERS, måles spektret fra den sølv nanoaggregate på midten af en vis gennem et hul, som vist i Figur S3 i det supplerende materiale. Det er dog ikke målt fra alle blinkende steder7,8,9,10,11. For poly-L-lysin11skyldes blinker i en lang bølgelængde område ikke SERS, men overfladen-forstærket fluorescens, som også stammer fra forbedrede EM felter som SERS. Derudover er det kontroversielle tilsluttes de var spektre med den blinkende. Dette er en begrænsning af den nuværende teknik.

Fremover vil skal blinke SERS analyseres for hver top. Det vil sige, bør magt loven analyse kombineres med spektrale billeddannelse. Ved hjælp af en bi-analysand teknik17, hvor unikke vibrationelle signaturer er observeret fra blandet analysander, er blevet bekræftet af enkelt-molekyle SERS oprindelse. Dog undersøges molekylære adfærd ikke væsentligt, på grund af tidsopløsning. For nylig, de forskellige funktionsmåden for hver oprindelse er blevet opdaget for trunkering gange, ved at observere hver af de blinkende steder gennem hvert optisk filter og power lov analyse11.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatteren har intet at videregive.

Acknowledgments

Forfatteren tak Prof. Y. Ozaki (Kwansei Gakuin Universitet) og Dr. T. Itoh (National Institute for Advanced industriel videnskab og teknologi) for deres givtig diskussion af dette arbejde. Dette arbejde blev støttet af KAKENHI (licensbetaling for videnskabelig forskning C) fra ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi (nr. 16K 05671).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Pieczonka, N. P. W., Aroca, R. F. Single molecule analysis by surfaced-enhanced Raman scattering. Chem. Soc. Rev. 37, 946-954 (2008).
  3. Kneipp, J., Kneipp, H., Kneipp, K. SERS -a single-molecule and nanoscale tool for bioanalytics. Chem. Soc. Rev. 37, 1052-1060 (2008).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Weiss, A., Haran, G. Time-Dependent Single-Molecule Raman Scattering as a Probe of Surface Dynamics. J. Phys. Chem. B. 105, 12348-12354 (2001).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Willets, K. A. Super-resolution imaging of SERS hot spots. Chem. Soc. Rev. 43, 3854-3864 (2014).
  17. 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).
  18. Cichos, F., von Borczyskowski, C., Orrit, M. Power-law intermittency of single emitters. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 12, 272-284 (2007).
  19. Tang, J., Marcus, R. A. Mechanisms of fluorescence blinking in semiconductor nanocrystal quantum dots. J. Chem. Phys. 123, 054704 (2005).
  20. Lee, P. C., Meisel, D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. J. Phys. Chem. 86, 3391-3395 (1982).
  21. Krichevsky, O., Bonnet, G. Fluorescence correlation spectroscopy: the technique and its applications. Rep. Prog. Phys. 65, 251-297 (2002).
  22. 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).

Tags

Kemi sag 131 blinker Power lov tilfældig gang enkelt molekyle detektion sølv kolloid nanopartikler overflade-forstærket Raman spredning overflade-forstærket fluorescens Poly-L-lysin Thiacyanine Thiacarbocyanine mørkefeltsmikroskopi Lokaliseret overflade plasmon resonans
Observation og analyse af blinkende overflade-forstærket Raman spredning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kitahama, Y. Observation and… More

Kitahama, Y. Observation and Analysis of Blinking Surface-enhanced Raman Scattering. J. Vis. Exp. (131), e56729, doi:10.3791/56729 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter