Et vertsgjestkompleks av cucurbit[7]uril og urinsyre ble dannet i en vandig løsning før det ble lagt til en liten mengde i Au NP-løsningen for kvantitativ overflateforbedret Raman spektroskopi (SERS) sensing ved hjelp av et modulært spektrometer.
Dette arbeidet beskriver en rask og svært følsom metode for kvantitativ deteksjon av en viktig biomarkør, urinsyre (UA), via overflateforbedret Raman spektroskopi (SERS) med en lav deteksjonsgrense på ~ 0,2 μM for flere karakteristiske topper i fingeravtrykksregionen, ved hjelp av et modulært spektrometer. Denne biosensing ordningen formidles av vertsgjestkompleksasjonen mellom en makrocycle, cucurbit[7]uril (CB7) og UA, og den påfølgende dannelsen av presise plasmoniske nanojunksjoner i den selvmonterte Au NP: CB7 nanoaggregates. En facile Au NP-syntese av ønskelige størrelser for SERS-substrater har også blitt utført basert på den klassiske citratreduksjonsmetoden med et alternativ som skal forenkles ved hjelp av en lab-bygget automatisert synthesizer. Denne protokollen kan lett utvides til multiplekset påvisning av biomarkører i kroppsvæsker for kliniske applikasjoner.
Urinsyre, som er sluttproduktet av metabolisme av purinkjernerotider, er en viktig biomarkør i blodserum og urin for diagnostisering av sykdommer som gikt, preeklampsi, nyresykdommer, hypertensjon, kardiovaskulære sykdommer og diabetes 1,2,3,4,5. Dagens metoder for urinsyredeteksjon inkluderer kolorimetriske enzymatiske analyser, høy ytelse flytende kromatografi og kapillær elektroforese, som er tidkrevende, dyre og krever sofistikert prøvepreparering 6,7,8,9.
Overflateforbedret Raman-spektroskopi er en lovende teknikk for rutinemessig pleiediagnose, da den tillater selektiv deteksjon av biomolekyler via vibrasjonsfingeravtrykkene og tilbyr mange fordeler som høysensitivitet, rask respons, brukervennlighet og ingen eller minimal prøvepreparering. SERS-substrater basert på edle metall nanopartikler (f.eks. Au NPs) kan forbedre Raman-signalene til analyttmolekylene med 4 til 10 størrelsesordener10 via sterk elektromagnetisk forbedring forårsaket av overflateplasmonresonans11. Au NPs av skreddersydde størrelser kan enkelt syntetiseres i motsetning til den tidkrevende fabrikasjonen av komplekse metall nanokompositter12, og er dermed mye brukt i biomedisinske applikasjoner på grunn av deres overlegne egenskaper 13,14,15,16. Vedlegg av makrosykliske molekyler, cucurbit[n]urils (CBn, hvor n = 5-8, 10), på overflaten av Au NPs kan ytterligere forbedre SERS-signalene til analyttmolekylene, da de svært symmetriske og stive CB-molekylene kan kontrollere den nøyaktige avstanden mellom Au NPs og lokalisere analyttmolekylene i sentrum eller i nærheten av de plasmoniske hotspots via dannelse av vertsgjestkomplekser (figur 1)17, 17 18,19,20. Tidligere eksempler på SERS-studier ved hjelp av Au NP: CBn nanoaggregater inkluderer nitroeksplosive midler, polysykliske aromatiske stoffer, diaminostilbene, nevrotransmittere og kreatinin 21,22,23,24,25, med SERS-målingene enten utført i en cuvette eller ved å laste en liten dråpe på en skreddersydd prøveholder. Denne deteksjonsordningen er spesielt nyttig for raskt å kvantifisere biomarkører i en kompleks matrise med høy reproduserbarhet.
Heri ble en facile-metode for å danne vertsgjestkomplekser av CB7 og en viktig biomarkør UA, og for å kvantifisere UA med en deteksjonsgrense på 0,2 μM via CB7-medierte aggregasjoner av Au NPs i vandige medier demonstrert ved hjelp av et modulært spektrometer, som er lovende for diagnostiske og kliniske applikasjoner.
Den automatiserte syntesemetoden beskrevet i protokollen gjør at Au NPs av økende størrelser kan reproduseres. Selv om det er noen elementer som fortsatt må utføres manuelt, for eksempel rask tilsetning av natriumsitrat under frøsyntesen og kontroller regelmessig for å sikre at PEEK-slangen er sikker, tillater denne metoden Au NPs av store størrelser (opptil 40 nm), som vanligvis vil kreve flere manuelle injeksjoner av HAuCl4 og natriumsitrat, syntetiseres via kontinuerlig tillegg over lang tid.
<…The authors have nothing to disclose.
TCL er takknemlig for støtten fra Royal Society Research Grant 2016 R1 (RG150551) og UCL BEAMS Future Leader Award finansiert gjennom Institutional Sponsorship Award av EPSRC (EP/P511262/1). WIKC, TCL og IPP er takknemlige for studentship finansiert av A *STAR-UCL Research Attachment Programme gjennom EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1). GD og TJ vil takke EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1) for å sponse studentoppholdet. TJ og TCL anerkjenner Camtech Innovations for bidrag til TJs studentskap. Alle forfattere er takknemlige for UCL Open Access Fund.
40 nm gold nanoparticles | NanoComposix | AUCN40-100M | NanoXact, 0.05 mg/ mL, bare (citrate) |
Centrifuge tube | Corning Falcon | 14-432-22 | 50 mL volume |
Cucurbit[7]uril | Lab-made | see ref. 19 | |
Gold(III) chloride trihydrate | Sigma aldrich | 520918 | ≥99.9% trace metals basis |
Luer lock disposable syringe | Cole-Parmer | WZ-07945-15 | 3 mL volume |
Luer-to-MicroTight adapter | LuerTight | P-662 | 360 μm outer diameter Tubing to Luer Syringe |
PEEK tubing | IDEX | 1572 | 360 μm outer diameter, 150 μm inner diameter |
PEEK tubing cutter | IDEX | WZ-02013-30 | Capillary Polymer Chromatography Tubing Cutter For 360 µm to 1/32" OD tubing |
Raman spectrometer | Ocean Optics | QE pro | |
Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma aldrich | S4641 | ACS reagent, ≥99.0% |
Sonicator | |||
Standard Probe | Digi-Sense | WZ-08516-55 | Type-K |
Syringe pump | Aladdin | ALADDIN2-220 | 2 syringes, maximum syringe volume 60 mL |
Thermocouple thermometer | Digi-Sense | WZ-20250-91 | Single-Input Thermocouple Thermometer with NIST-Traceable Calibration |
ThermoMixer | Eppendorf | 5382000031 | With an Eppendorf SmartBlock for 50 mL tubes |
Uric acid | Sigma aldrich | U2625 | ≥99%, crystalline |