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Bioengineering

सीटू सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी लक्षण वर्णन के लिए प्लास्मोनिक नैनोकणों का ऑप्टिकल ट्रैपिंग

Published: June 23, 2022 doi: 10.3791/63862
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2
1HKUST-Shenzhen Research Institute, 2Department of Chemistry, The Hong Kong University of Science and Technology

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल संवेदनशील आणविक पहचान के लिए प्लास्मोनिक नैनोकणों में हेरफेर करने के लिए ऑप्टिकल ट्रैपिंग और सतह-वर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसईआरएस) को एकीकृत करने के लिए एक सुविधाजनक दृष्टिकोण का वर्णन करता है। एजेंटों को एकत्रित किए बिना, फँसाने वाला लेजर सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के लिए लक्ष्य विश्लेषण के एसईआरएस संकेतों को बढ़ाने के लिए प्लास्मोनिक नैनोकणों को इकट्ठा करता है।

Abstract

सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसईआरएस) धातु नैनोस्ट्रक्चर के बढ़े हुए विद्युत क्षेत्र के कारण विभिन्न अनुप्रयोगों में विश्लेषण अणुओं के अतिसंवेदनशील पता लगाने में सक्षम बनाता है। नमक-प्रेरित चांदी नैनोपार्टिकल एकत्रीकरण एसईआरएस-सक्रिय सब्सट्रेट उत्पन्न करने के लिए सबसे लोकप्रिय तरीका है; हालाँकि, यह खराब प्रजनन क्षमता, स्थिरता और जैव संगतता द्वारा सीमित है। वर्तमान प्रोटोकॉल इसे संबोधित करने के लिए एक कुशल विश्लेषणात्मक मंच विकसित करने के लिए ऑप्टिकल हेरफेर और एसईआरएस का पता लगाने को एकीकृत करता है। चांदी के नैनोकणों को इकट्ठा करने के लिए एक 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर और 532 एनएम रमन जांच लेजर को माइक्रोस्कोप में जोड़ा जाता है, जो जलीय वातावरण में सीटू एसईआरएस माप के लिए प्लास्मोनिक हॉटस्पॉट उत्पन्न करता है। एजेंटों को एकत्र किए बिना, यह गतिशील प्लास्मोनिक सिल्वर नैनोपार्टिकल असेंबली विश्लेषण अणु संकेत की लगभग 50 गुना वृद्धि को सक्षम बनाता है। इसके अलावा, यह एसईआरएस-सक्रिय असेंबली बनाने के लिए स्थानिक और लौकिक नियंत्रण प्रदान करता है जितना कम 0.05 एनएम विश्लेषण-लेपित चांदी नैनोपार्टिकल समाधान, जो विवो विश्लेषण के लिए संभावित गड़बड़ी को कम करता है। इसलिए, यह ऑप्टिकल ट्रैपिंग-एकीकृत एसईआरएस प्लेटफ़ॉर्म तरल पदार्थों में कुशल, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और स्थिर आणविक विश्लेषण के लिए बड़ी क्षमता रखता है, खासकर जलीय शारीरिक वातावरण में।

Introduction

सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसईआरएस) अल्ट्रालो सांद्रता पर या यहां तक कि एकल-अणु स्तर 1,2,3,4 पर लक्ष्य अणुओं की रासायनिक संरचना का सीधे पता लगाने के लिए एक संवेदनशील विश्लेषणात्मक तकनीक है। लेजर विकिरण धातु नैनोस्ट्रक्चर में स्थानीयकृत सतह प्लाज्मोन अनुनाद को प्रेरित करता है, जिसका उपयोग लक्ष्य अणुओं के रमन संकेतों को बढ़ाने के लिए एसईआरएस सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है। नमक-प्रेरित नैनोपार्टिकल समुच्चय व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एसईआरएस सब्सट्रेट हैं, जो अनायास कोलाइडयन निलंबन तरल पदार्थ 5,6 में ब्राउनियन गति से गुजरते हैं। आगे सुखाने स्थिर एसईआरएस माप की अनुमति देता है; हालांकि, अशुद्धता एकाग्रता हो सकती है, जो पृष्ठभूमि शोर का परिचय देती है और जैविक नमूनों को अपरिवर्तनीय क्षति का कारण बनतीहै 7. इसलिए, नमक मुक्त नैनोपार्टिकल एकत्रीकरण विकसित करना, समाधान में उनके आंदोलन को नियंत्रित करना और माप दक्षता बनाए रखते हुए जैव संगतता में सुधार करना प्रासंगिक है।

ऑप्टिकल ट्रैपिंग को विभिन्न धातु सब्सट्रेट को नियंत्रित करने और एसईआरएस डिटेक्शन 8,9,10,11,12,13,14 की सुविधा के लिए अपनाया गया है। एक ऑप्टिकल बल क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए लेजर बीम को कसकर ध्यान केंद्रित करके एक ऑप्टिकल जाल उत्पन्न होता है, जो फोकस15,16 के आसपास उच्चतम तीव्रता वाले क्षेत्र में छोटी वस्तुओं को आकर्षित करता है। हाल ही में, ऑप्टिकल ट्रैप का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और संवेदनशील प्लास्मोनिक सेंसिंग प्लेटफार्मों को विकसित करने के लिए किया गया है, जो समाधान 17,18,19,20,21,22,23,24 में एसईआरएस-सक्रिय धातु नैनोस्ट्रक्चर की स्थिति का पता लगाने और नियंत्रित करने में अपने अनूठे फायदे प्रदर्शित करते हैं . वर्तमान प्रोटोकॉल गतिशील रूप से चांदी नैनोकणों (एजीएनपी) को इकट्ठा करने और कुशल एसईआरएस माप के लिए समाधान में ब्राउनियन गति के खिलाफ उन्हें स्थिर करने के लिए ऑप्टिकल चिमटी और रमन स्पेक्ट्रो-माइक्रोस्कोपी को संयोजित करने के लिए एक दृष्टिकोण का परिचय देता है। एजीएनपी असेंबली क्षेत्र में, 3,3'-डिथियोबिस [6-नाइट्रोबेंज़ोइक एसिड] बीआईएस (सक्सिनिमाइड) एस्टर (डीएसएनबी) का संकेत, एजीएनपी की सतह पर लेपित विश्लेषण अणुओं को लगभग 50 गुना बढ़ाया जा सकता है। यह दृष्टिकोण रासायनिक कैपिंगएजेंटों 25,26,27 के साथ असंगत संवेदनशील बायोमोलेक्यूल्स का विश्लेषण करने के लिए उपयुक्त है। इसके अलावा, यह एसईआरएस-सक्रिय एजीएनपी असेंबली उत्पन्न करने के लिए स्थानिक और अस्थायी नियंत्रण प्रदान करता है। यह जलीय वातावरण में सीटू का पता लगाने में सक्षम बनाता है, जो एजीएनपी के उपयोग को कम कर सकता है और विवो विश्लेषण 28,29,30 के लिए गड़बड़ी को कम कर सकता है। इसके अलावा, ऑप्टिकल ट्रैपिंग-प्रेरित एजीएनपी असेंबली स्थिर, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और प्रतिवर्ती31,32 है। इसलिए, यह समाधानों में और शारीरिक परिस्थितियों में विश्लेषण अणुओं का पता लगाने के लिए एक आशाजनक मंच है जहां नमक-प्रेरित एकत्रीकरण लागू नहीं होता है।

वर्तमान अध्ययन में, ऑप्टिकल हेरफेर और कणों के दृश्य के लिए ऑप्टिकल चिमटी माइक्रोस्कोपी प्रणाली में 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर, बल का पता लगाने मॉड्यूल और ब्राइटफील्ड रोशनी स्रोत को एकीकृत किया गया है। एक 532 एनएम रमन जांच लेजर भी माइक्रोस्कोप में शामिल किया गया था और नमूना कक्ष में फँसाने लेजर के साथ गठबंधन किया गया था। वर्णक्रमीय अधिग्रहण के लिए, बैकस्कैटर्ड प्रकाश एकत्र किया गया था और एक स्पेक्ट्रोमीटर (चित्रा 1) में पुनर्निर्देशित किया गया था।

Protocol

1. ऑप्टिकल सेटअप

  1. ऑप्टिकल चिमटी माइक्रोस्कोप के फ्लेक्स पोर्ट में एक 532 एनएम लेजर बीम (रमन उत्तेजना स्रोत) को निर्देशित करें (सामग्री की तालिका देखें)।
  2. नमूना कक्ष पर ध्यान केंद्रित करने के लिए मूल फँसाने लेजर बीम के साथ गठबंधन करने के लिए एक 750 एनएम लंबे समय से पारित डाइक्रोइक दर्पण के साथ ऑप्टिकल चिमटी माइक्रोस्कोप के स्टीरियो डबल परत मार्गों में 532 एनएम लेजर बीम संरेखित करें।
  3. एक 750 एनएम लंबे समय से पास डाइक्रोइक दर्पण का उपयोग कर नमूना कक्ष से बैकस्कैटर्ड प्रकाश लीजिए और इसे तरल-नाइट्रोजन-ठंडा चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) कैमरा युक्त स्पेक्ट्रोमीटर में रीडायरेक्ट करें ( सामग्री की तालिका देखें)। वर्णक्रमीय अधिग्रहण से पहले स्पेक्ट्रोमीटर के प्रवेश द्वार भट्ठा के सामने एक 532 एनएम पायदान फिल्टर रखें।
    नोट: लेजर चालू होने पर आंखों की सुरक्षा का उपयोग किया जाना चाहिए, और लेजर बीम को एक सुरक्षित क्षेत्र के भीतर निहित किया जाना चाहिए।

2. एजीएनपी का निर्माण

  1. उबलते समय एक गोल तल वाले फ्लास्क में 1 एमएम एग्नो3 जलीय घोल के 50 मिलीलीटर को गर्म करें।
  2. उबला हुआ एग्नो3 जलीय घोल में 0.1 एम ट्राइसोडियम साइट्रेट समाधान ड्रॉपवाइज के 1.0 मिलीलीटर जोड़ें।
  3. मिश्रण को लगातार हिलाते हुए 16 मिनट तक उबलते रहें।
  4. मिश्रण को कमरे के तापमान पर ठंडा करें। पीला रंग देखा जाता है।
  5. कमरे के तापमान पर 5 मिनट के लिए 2000 × ग्राम पर एजीएनपी कोलाइड्स अपकेंद्रित्र करें और फिर एक पिपेट का उपयोग करके सतह पर तैरनेवाला हटा दें।
  6. 1 मिलीलीटर डी-आयनित पानी (18.2 एमΩ सेमी की प्रतिरोधकता) के साथ एजीएनपी कोलाइड्स को फिर से निलंबित करें।
  7. अवशिष्ट कम करने वाले एजेंट को हटाने के लिए चरण 2.5 और 2.6 को तीन बार दोहराएं।
  8. एजीएनपी (चित्रा 2) की एकरूपता की पुष्टि करने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) और गतिशील प्रकाश बिखरने (डीएलएस) 33 का उपयोग करके एजीएनपी के आकार वितरण की विशेषता है। यूवी अवशोषण34 द्वारा एजीएनपी एकाग्रता का अनुमान 0.1 एनएम के रूप में लगाया गया था।
    नोट्स: कम एकाग्रता के कारण, एजीएनपी स्टॉक समाधान को 2-3 सप्ताह तक क्लस्टरिंग के बिना बनाए रखा जा सकता है। कोई स्थिर एजेंटों की आवश्यकता नहीं है। यदि एजीएनपी स्टॉक समाधान में एक अवक्षेप देखा गया था, तो उपरोक्त प्रोटोकॉल का पालन करते हुए एक नया एजीएनपी समाधान तैयार किया गया था।

3. डीएसएनबी विश्लेषण अणु और एजीएनपी की बातचीत

  1. एजीएनपी कोलाइड के 1 एमएल में 2 एमएम डीएसएनबी ( सामग्री की तालिका देखें) के 200 μL जोड़ें और एजीएनपी और डीएसएनबी35 के बीच एजी-एस बॉन्ड के गठन से एजीएनपी की सतह पर डीएसएनबी की एक परत को कोट करने के लिए 3 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर सेते हैं। इस बातचीत का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व चित्रा 3 में दिखाया गया है।
  2. कमरे के तापमान पर 5 मिनट के लिए 2,000 × ग्राम पर एजीएनपी अपकेंद्रित्र और सतह पर तैरनेवाला हटा दें।
  3. एजीएनपी-डीएसएनबी को 1 एमएल डी-आयनित पानी के साथ फिर से निलंबित करें।
  4. अतिरिक्त DSNB को निकालने के लिए चरण 3.2 और 3.3 को तीन बार दोहराएँ।
  5. एजीएनपी कोलाइड और एजीएनपी-डीएसएनबी समाधान के यूवी-दृश्यमान स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड करें।
    नोट: यह स्पेक्ट्रा लगभग 420 एनएम से 450 एनएम तक एक अवशोषण शिखर बदलाव दिखाता है, जो एजीएनपी (चित्रा 3) की सतह पर डीएसएनबी की सफल कोटिंग का संकेत देता है।

4. नमूना कक्ष की तैयारी और एसईआरएस माप के लिए एजीएनपी असेंबली की पीढ़ी

  1. ग्लास स्लाइड को साफ करें और पानी और इथेनॉल के साथ कवरस्लिप करें।
  2. एक कक्ष (1.0 सेमी लंबाई × 1.0 सेमी चौड़ाई × 0.25 मिमी ऊंचाई) बनाने के लिए ग्लास स्लाइड के लिए फ्रेम टेप (0.25 मिमी मोटाई, सामग्री की तालिका देखें) संलग्न करें।
  3. फ्रेम में एजीएनपी-डीएसएनबी समाधान (लगभग 25 μL) की कुछ बूंदें जोड़ें।
  4. फ्रेम टेप पर कवरस्लिप रखो और इसे सील (चित्रा 4)।
  5. तापमान -120 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने तक तरल नाइट्रोजन-ठंडा सीसीडी कैमरे के कंटेनर में तरल नाइट्रोजन जोड़ें।
  6. एक चुंबकीय लेजर सुरक्षा स्क्रीन का उपयोग करके रमन जांच बीम पथ को अवरुद्ध करें ( सामग्री की तालिका देखें), फिर 532 एनएम रमन उत्तेजना स्रोत लेजर चालू करें।
  7. चैंबर धारक पर एजीएनपी-डीएसएनबी समाधान के साथ नमूना कक्ष को ठीक करें। पानी-विसर्जित उद्देश्य में पानी जोड़ें (1.2 के 1.2 संख्यात्मक एपर्चर ए के साथ 60x आवर्धन) जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। फिर चैंबर धारक को उद्देश्य के ऊपर माइक्रोस्टेज पर तुरंत रखें।
  8. कवरस्लिप के शीर्ष पर विसर्जन तेल ड्रॉप करें और माइक्रोस्कोप कैमरे पर कणों की कल्पना करने के लिए तेल-डूबे हुए कंडेनसर की स्थिति रखें।
  9. 532 एनएम रमन जांच बीम कक्ष के निचले कांच की सतह पर केंद्रित है, माइक्रोस्कोप कैमरा (चित्रा 5) पर एक सफेद स्थान दिखा जब तक माइक्रोस्कोप की घुंडी मोड़ द्वारा उद्देश्य की जेड स्थिति को समायोजित करें।
    1. चैंबर के मध्य क्षेत्र को सफेद स्थान पर रखने के लिए कक्ष को स्थानांतरित करने के लिए माइक्रोस्टेज के एक्स- और वाई-पदों को समायोजित करें। ऑप्टिकल चिमटी नियंत्रण सॉफ्टवेयर खोलें ( सामग्री की तालिका देखें) और सफेद स्थान (चित्रा 5) के साथ ओवरलैप करने के लिए 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर (ऑप्टिकल चिमटी प्रणाली में एक लाल सर्कल द्वारा इंगित) को स्थानांतरित करने के लिए सुसज्जित जॉयस्टिक नियंत्रण का उपयोग करें।
    2. अगला, उद्देश्य की जेड स्थिति को स्थानांतरित करने के लिए माइक्रोस्कोप के घुंडी को ट्यून करें।
      नोट: माइक्रोस्कोप कैमरा छवि में सफेद स्थान का गायब होना इंगित करता है कि 532 एनएम रमन जांच बीम कक्ष के अंदर केंद्रित है।
  10. नमूना कक्ष में एजीएनपी को आकर्षित करने और एक प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली बनाने के लिए 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर चालू करें।
    नोट: एजीएनपी की सभा नमूना कक्ष (चित्रा 6 बी) में एक अंधेरे स्थान में परिणाम है।
    1. आवश्यकता पड़ने पर ओवरहीटिंग या बबल गठन से बचने के लिए ट्रैपिंग लेजर बीम को बंद करें।
      नोट: एजीएनपी असेंबली का कोई स्पष्ट गठन नहीं होने पर फँसाने वाली लेजर शक्ति और विकिरण समय बढ़ाएं।
  11. स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के लिए 532 एनएम रमन जांच बीम के फोकस के तहत प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली के अंधेरे स्थान को रखने के लिए नमूना माइक्रोस्टेज की स्थिति को समायोजित करें।
  12. 10 मेगावाट करने के लिए बिजली को समायोजित करने के लिए 532 एनएम रमन लेजर आउटलेट के सामने तटस्थ घनत्व (एनडी) फिल्टर रखें। स्पेक्ट्रम सॉफ्टवेयर में सेटिंग पैनल में अधिग्रहण समय (वर्तमान अध्ययन के लिए 10 एस, चित्रा 6) इनपुट करें ( सामग्री की तालिका देखें) और वर्णक्रमीय अधिग्रहण शुरू करने के लिए अधिग्रहण बटन पर क्लिक करें।
    नोट: यह विश्लेषण अणुओं (प्रतिनिधि परिणाम और चित्रा 6 में डीएसएनबी) के एसईआरएस स्पेक्ट्रम उत्पन्न करता है।

Representative Results

अवधारणा के प्रमाण के रूप में, डीएसएनबी को विश्लेषण अणु के रूप में चुना गया था और एजीएनपी की सतह पर लेपित किया गया था। प्लाज्मोनिक एजीएनपी असेंबली और बिखरे हुए एजीएनपी द्वारा बढ़ाए गए डीएसएनबी के विशिष्ट एसईआरएस स्पेक्ट्रा को चित्रा 6 में दिखाया गया है। फँसाने लेजर के बिना, नमूना कक्ष में बिखरे हुए एजीएनपी रमन जांच लेजर द्वारा उत्तेजना पर एक काले स्पेक्ट्रम (चित्रा 6 ए) उत्पन्न किया। एक कमजोर और व्यापक एसईआरएस सिग्नल लगभग 1380-1450 सेमी -1 पर देखा गया था, जो अपने सममित नंबर2 खिंचाव से डीएसएनबी की विशेषता चोटी है, जो साहित्य रिपोर्ट35,36 के अनुरूप है। चूंकि बिखरे हुए एजीएनपी ब्राउनियन गति के तहत थे, इसलिए इंटरपार्टिकल जंक्शन बड़े और अस्थिर थे, जैसा कि चित्रा 6 सी में दिखाया गया है। इस प्रकार, बिखरे हुए एजीएनपी के लिए डीएसएनबी का एसईआरएस सिग्नल प्रवर्धन कम था।

एजीएनपी को एक प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली बनाने के लिए इकट्ठा किया जाता है जब ट्रैपिंग लेजर चालू होता है। शक्ति में वृद्धि और फँसाने लेजर के विकिरण समय का विस्तार अधिक एजीएनपी को आकर्षित कर सकता है और एक अंधेरे स्थान उत्पन्न कर सकता है, जैसा कि चित्रा 6 बी में दिखाया गया है। यहां, हमने एक निर्दिष्ट स्थान और क्षण पर 0.05 एनएम डीएसएनबी-लेपित एजीएनपी समाधान में प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली बनाने के लिए 700 एमएम की एक ट्रैपिंग लेजर पावर और 20 एस विकिरण समय लागू किया। डीएसएनबी का एसईआरएस स्पेक्ट्रम प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली (चित्रा 6 ए, लाल) के क्षेत्र में प्राप्त किया गया था। 930 सेमी -1 पर मजबूत रमन बैंड को नाइट्रो कैंची कंपन को सौंपा गया है, और 1078 सेमी -1, 1152 सेमी -1 और 1191 सेमी -1 पर बड़े बैंड संभवतः डीएसएनबी35,37 के सुगंधित रिंग मोड के साथ अतिव्यापी सक्सिनिमिडिल एन-सी-ओ खिंचाव के अनुरूप हैं। 1385 सेमी -1 और 1444 सेमी -1 पर फीचर बैंड डीएसएनबी के सममित नाइट्रो खिंचाव से उत्पन्न होते हैं और एजीएनपी35,37 की सतह के साथ प्रतिक्रिया के कारण काफी बढ़ाए जाते हैं और थोड़ा स्थानांतरित हो जाते हैं। डीएसएनबी35,36,37 के पहले रिपोर्ट किए गए एसईआरएस उंगलियों के निशान के आधार पर, 1579 सेमी -1 पर बैंड को डीएसएनबी के सुगंधित रिंग मोड को सौंपा गया था। प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली में डीएसएनबी की समग्र तीव्रता बिखरे हुए एजीएनपी की तुलना में अधिक थी। 1444 सेमी -1 पर विशेषता चोटी की तीव्रता को ध्यान में रखते हुए, प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली बिखरे हुए एजीएनपी की तुलना में डीएसएनबी के एसईआरएस सिग्नल की लगभग 50 गुना वृद्धि प्रदान कर सकती है। जैसा कि चित्रा 7 में दिखाया गया है, डीएसएनबी के एसईआरएस स्पेक्ट्रा को प्रयोग में एजीएनपी असेंबली के लिए बार-बार (20 बार) दर्ज किया गया था, जो समान कंपन सुविधाओं का प्रदर्शन करता है। इन 20 एसईआरएस स्पेक्ट्रा में 1152 सेमी−1, 1444 सेमी−1 और 1579 सेमी−1 पर डीएसएनबी की विशिष्ट चोटियों की तीव्रता को क्रमशः 6.88%, 6.59% और 5.48% के सापेक्ष मानक विचलन (आरएसडी) के साथ हिस्टोग्राम के रूप में प्लॉट किया गया था। इसने आगे प्रजनन क्षमता और स्थिरता को सत्यापित किया। इसलिए, यह दृष्टिकोण प्लास्मोनिक नैनोकणों में हेरफेर करने और समाधान में विश्लेषण अणुओं के एसईआरएस का पता लगाने के लिए विश्वसनीय है।

Figure 1
चित्र 1: ऑप्टिकल चिमटी युग्मित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्लेटफ़ॉर्म का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2: एसईआरएस माप के लिए एजीएनपी की तैयारी( ए) एजीएनपी की एसईएम छवि। (बी) डीएलएस द्वारा एजीएनपी का आकार वितरण। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: एजीएनपी और डीएसएनबी की बातचीत (ए) एजीएनपी की सतह पर डीएसएनबी की कोटिंग की योजनाबद्ध। (बी) एजीएनपी और एजीएनपी-डीएसएनबी के यूवी-दृश्यमान स्पेक्ट्रा। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: नमूना कक्ष तैयारी की योजनाबद्ध. (ए) नमूना कक्ष तैयारी प्रक्रिया। (बी) तैयार नमूना कक्ष। स्केल बार = 1 सेमी कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्रा 5: 532 एनएम रमन लेजर और 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर की स्थिति अतिव्यापी ( ए) सफेद स्थान द्वारा इंगित 532 एनएम रमन लेजर की स्थिति। (बी) लाल सर्कल द्वारा इंगित 1064 एनएम फँसाने लेजर की स्थिति। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्रा 6: प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली द्वारा बढ़ाए गए विश्लेषण अणुओं के विशिष्ट एसईआरएस स्पेक्ट्रा( ए) प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली (लाल) और बिखरे हुए एजीएनपी (काले) पर डीएसएनबी के एसईआरएस स्पेक्ट्रा। (बी) प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली जब ट्रैपिंग लेजर पर होता है तो सूक्ष्म दृश्य के तहत एक अंधेरे स्थान को दर्शाता है। (सी) बिखरा हुआ एजीएनपी जब फँसाने वाला लेजर बंद हो जाता है( डी) एजीएनपी असेंबली गठन के तंत्र का चित्रण। (ई) फँसाने लेजर की अनुपस्थिति में एकाग्रता पर निर्भर एसईआरएस तीव्रता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: प्रयोग में दोहराए गए प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली में डीएसएनबी के 20 एसईआरएस स्पेक्ट्रा डीएसएनबी के एसईआरएस सिग्नल की प्रजनन क्षमता। (बी) 1152 सेमी -1 (आरएसडी = 6.88%), 1444 सेमी -1 (आरएसडी = 6.59%), और 1579 सेमी -1 (आरएसडी = 5.48%) पर विशेषता डीएसएनबी चोटियों की तीव्रता का हिस्टोग्राम। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 8
चित्रा 8: विभिन्न प्रयोगात्मक मापदंडों के तहत उत्पन्न एजीएनपी असेंबली। (ए) विभिन्न फँसाने लेजर शक्ति; विकिरण समय 20 एस और एजीएनपी एकाग्रता 0.05 एनएम। (बी) विभिन्न विकिरण समय; फँसाने लेजर पावर 700 मेगावाट और एजीएनपी एकाग्रता 0.05 एनएम। (सी) विभिन्न एजीएनपी एकाग्रता; विकिरण समय 20 एस और फँसाने लेजर शक्ति 700 मेगावाट। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक चित्रा 1: समय श्रृंखला में एजीएनपी असेंबली की माइक्रोस्कोप कैमरा छवियां जब ट्रैपिंग लेजर बंद कर दिया गया था। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

वर्तमान अध्ययन एक विश्लेषणात्मक मंच की रिपोर्ट करता है जो सीटू आणविक लक्षण वर्णन के लिए ऑप्टिकल ट्रैपिंग और एसईआरएस का पता लगाने को जोड़ती है। एक 532 एनएम रमन जांच बीम को स्टीरियो डबल-लेयर मार्गों के माध्यम से 1064 एनएम ट्रैपिंग लेजर बीम के साथ जोड़ा गया था ताकि फोकस को संयोजित किया जा सके और बैकस्कैटरिंग ज्यामिति में अतिरिक्त स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के लिए इकट्ठा किया जा सके। ट्रैपिंग लेजर बीम ने प्लास्मोनिक हॉटस्पॉट बनाने के लिए एजीएनपी को इकट्ठा किया, इसके बाद समाधान में विश्लेषण अणुओं के एसईआरएस सिग्नल को उत्पन्न करने के लिए रमन जांच लेजर बीम की उत्तेजना हुई। अवधारणा के प्रमाण के रूप में, डीएसएनबी का पता लगाने का प्रदर्शन किया गया था, जिसे एजीएनपी की सतह पर लेपित किया गया था। फँसाने वाले लेजर बीम द्वारा नियंत्रित एजीएनपी असेंबली क्षेत्र में, आसपास के बिखरे हुए एजीएनपी की तुलना में डीएसएनबी के सिग्नल में लगभग 50 गुना वृद्धि हासिल की गई थी। प्रस्तुत मंच पर समाधान-चरण एसईआरएस माप में विश्लेषण अणुओं का एक समान उच्च-संकेत प्रवर्धन पुनरुत्पादन प्राप्त किया गया था।

एसईआरएस सिग्नल प्रवर्धन को प्रभावित करने वाला महत्वपूर्ण कदम एक ऑप्टिकल ट्रैपिंग-प्रेरित एजीएनपी असेंबली बना रहा है। विश्लेषण अणुओं के एसईआरएस सिग्नल को ठीक-ट्यूनिंग प्रयोगात्मक मापदंडों जैसे फंसाने वाली लेजर शक्ति, विकिरण समय और एजीएनपी एकाग्रता द्वारा अनुकूलित किया जा सकता है। जैसा कि चित्रा 8 में दिखाया गया है, एक उच्च फँसाने वाली लेजर शक्ति का उपयोग करके एजीएनपी असेंबली गठन की दक्षता में वृद्धि हो सकती है। प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य एजीएनपी असेंबली को फंसाने वाले लेजर की शक्ति को 450 मेगावाट से 700 मेगावाट तक बढ़ाकर प्राप्त किया गया था। हालांकि, 950 मेगावाट से अधिक एक फँसाने वाली लेजर शक्ति ओवरहीटिंग और बबल जनरेशन38 को प्रेरित कर सकती है। इस प्रकार, एक गतिशील एजीएनपी असेंबली बनाने के लिए मध्यम ट्रैपिंग लेजर पावर की सिफारिश की जाती है। अनुरूप रूप से, एजीएनपी विधानसभाओं के गठन को बढ़ावा देने के लिए एक लंबा विकिरण समय उपयोगी है। चित्रा 8 बी से पता चलता है कि एक स्पष्ट गोलाकार एजीएनपी असेंबली का गठन किया गया था जब विकिरण समय 5-20 एस से बढ़ गया था। हालांकि, एजीएनपी असेंबली 60 एस विकिरण के बाद विकृत हो गई थी। इसके अलावा, एजीएनपी असेंबली का गठन 0.01 एनएम से 0.05 एनएम तक उच्च एजीएनपी एकाग्रता पर त्वरित किया गया था, जबकि इसे 0.25 एनएम पर जल्दी से गर्म किया गया था, जैसा कि चित्रा 8 सी में दिखाया गया है। यदि कोई स्पष्ट एजीएनपी असेंबली गठन नहीं है, तो फंसाने वाली लेजर शक्ति और विकिरण समय में वृद्धि की सिफारिश की जाती है। एक स्थिर एजीएनपी असेंबली की पीढ़ी पर, संभावित थर्मल क्षति से बचने के लिए ट्रैपिंग लेजर को ठुकरा दिया जाना चाहिए।

ऑप्टिकल ट्रैपिंग-प्रेरित एजीएनपी असेंबली की एसईआरएस गतिविधि को फंसाने वाले लेजर विकिरण क्षेत्र में स्थानीय एजीएनपी एकाग्रता में वृद्धि के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, जो चित्रा 6 बी में अंधेरा स्थान है। तरल एजीएनपी समाधान में, ऑप्टिकल ट्रैप इंटरपार्टिकल जंक्शनों में एक सीमित स्थान में प्लास्मोनिक हॉटस्पॉट जमा करने और बनाने के लिए एजीएनपी को लगातार आकर्षित कर सकता है। यह एक बढ़ाया विद्युत क्षेत्र पैदा करता है जो एसईआरएस प्रभाव को बढ़ाता है। यह आगे फंसाने लेजर के बिना एक कम एजीएनपी एकाग्रता (0.05 एनएम) पर अधिग्रहित कमजोर एसईआरएस संकेत की तुलना में एक उच्च एजीएनपी एकाग्रता (1.00 एनएम) पर प्राप्त मजबूत एसईआरएस संकेत द्वारा सत्यापित किया गया था, जैसा कि चित्रा 6 ई में दिखाया गया है।

इसके अलावा, ऑप्टिकल ट्रैपिंग द्वारा ब्राउनियन गति के खिलाफ समाधान में प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली की स्थिति नियंत्रण ने एसईआरएस माप की दक्षता और स्थिरता में काफी सुधार किया है। माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम से जुड़े होने पर उच्च-थ्रूपुट सेंसिंग आयोजित की जा सकती है। एसईआरएस-सक्रिय सब्सट्रेट उत्पन्न करने के लिए नैनोकणों के पारंपरिक नमक-प्रेरित एकत्रीकरण की तुलना में, हमारा मंच उच्च लचीलेपन26,28 के साथ डिज़ाइन किए गए स्थान और क्षण पर प्लास्मोनिक एजीएनपी असेंबली के गतिशील गठन की अनुमति देता है। इसके अलावा, यह नैनोमोलर एजीएनपी सांद्रता पर कुशलतापूर्वक काम करता है और समाधानों में सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप के लिए एसईआरएस-सक्रिय हॉटस्पॉट के स्थानिक-अस्थायी हेरफेर को सक्षम बनाता है। यह गतिशील एजीएनपी असेंबली धीरे-धीरे कुछ ही मिनटों में अलग हो गई जब ट्रैपिंग लेजर को बंद कर दिया गया था। फँसाने लेजर के बिना, एजीएनपी विधानसभा लगभग 20 मिनट में गायब हो गई, जैसा कि पूरक चित्रा 1 में दिखाया गया है। यह पहचान प्रणाली पर प्रभाव को कम कर सकता है और विभिन्न जैव-अनुप्रयोगों के लिए बड़ी क्षमता प्रदर्शित करता है, विशेष रूप से शारीरिक और विवो स्थितियों में बायोमोलेक्यूल्स (डीएनए, आरएनए और प्रोटीन) का पता लगाना। हालांकि, यह गतिशील एजीएनपी असेंबली नमक-प्रेरित एजीएनपी समुच्चय2 की तुलना में एक छोटा वृद्धि कारक प्रदान करती है, और इसलिए, आगे संशोधन और विकास की आवश्यकता होती है।

अंत में, ऑप्टिकल ट्रैपिंग और एसईआरएस डिटेक्शन का एकीकरण प्लास्मोनिक नैनोकणों को नियंत्रित करने और उच्च दक्षता, स्थिरता और जैव संगतता वाले समाधानों में विश्लेषण अणुओं का पता लगाने के लिए प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य एसईआरएस सिग्नल वृद्धि प्राप्त करने के लिए एक सुविधाजनक तरीका प्रदान करता है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

हम शेन्ज़ेन नगर पालिका के विज्ञान, प्रौद्योगिकी और नवाचार आयोग से वित्त पोषण समर्थन को स्वीकार करते हैं (सं। जेसीवाईजे 20180306174930894), झोंगशान म्यूनिसिपल ब्यूरो ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (2020 एजी003), और रिसर्च ग्रांट काउंसिल ऑफ हांगकांग (प्रोजेक्ट 26303018)। हम पीपुल्स रिपब्लिक ऑफ चाइना के हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र की सरकार, नवाचार और प्रौद्योगिकी आयोग द्वारा शुरू किए गए Health@InnoHK कार्यक्रम के तहत "सिंथेटिक रसायन विज्ञान और रासायनिक जीवविज्ञान के लिए प्रयोगशाला" से प्रोफेसर ची-मिंग चे और उनके वित्त पोषण समर्थन को भी स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1064 nm trapping laser IPG Photonics, United States 1064 nm CW Yb fiber laser, 10W
3,3'-Dithiobis[6-nitrobenzoic acid] bis(succinimide) ester  Biosynth Carbosynth FD15467
532 nm Raman excitation source CNI, China MLL-III-532
Bluelake software LUMICKS, Netherlands version 1.6.12 optical tweezer control software
Frame tape Thermo Fisher Scientific, Inc AB-0576
Immersion oil Cargille Laboratories, Inc 16482
Liquid nitrogen-cooled charge-coupled device (CCD) camera Teledyn Princeton Instrument, United States 400B eXcelon
Long-pass dichroic mirror AHF, Germany F48-801
Magnetic laser safety screen ThorLabs TPSM2
Optical tweezer microscope LUMICKS, Netherlands m-trap
Silver nitrate Sigma-Aldrich China, Inc. S8157
Spectrometer Teledyn Princeton Instrument, United States IsoPlane SCT-320
Trisodium citrate Sigma-Aldrich China, Inc. S4641
WinSpec software Teledyn Princeton Instrument, United States version 2.6.24.0 spectrum software

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References

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बायोइंजीनियरिंग अंक 184
<em>सीटू</em> सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी लक्षण वर्णन के लिए प्लास्मोनिक नैनोकणों का ऑप्टिकल ट्रैपिंग
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Dai, X., Qiu, W., Huang, J. Optical… More

Dai, X., Qiu, W., Huang, J. Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations. J. Vis. Exp. (184), e63862, doi:10.3791/63862 (2022).

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