Detección cuantitativa de SERS de ácido úrico a través de la formación de nanouniones plasmónicas precisas dentro de agregados de nanopartículas de oro y cucurbitáceas

Summary

Se formó un complejo huésped-huésped de cucurbitácea[7]uril y ácido úrico en una solución acuosa antes de agregar una pequeña cantidad a la solución Au NP para la detección cuantitativa de espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) utilizando un espectrómetro modular.

Abstract

Este trabajo describe un método rápido y altamente sensible para la detección cuantitativa de un biomarcador importante, el ácido úrico (UA), a través de la espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) con un límite de detección bajo de ~ 0.2 μM para múltiples picos característicos en la región de huellas dactilares, utilizando un espectrómetro modular. Este esquema de biodetección está mediado por la complejación huésped-huésped entre un macrociclo, cucurbitácea[7]uril (CB7) y UA, y la posterior formación de nanouniones plasmónicas precisas dentro de los nanoagregados Au NP: CB7 autoensamblados. También se ha realizado una síntesis fácil de Au NP de tamaños deseables para sustratos SERS basada en el enfoque clásico de reducción de citratos con una opción que se facilitará utilizando un sintetizador automatizado construido en laboratorio. Este protocolo se puede extender fácilmente a la detección multiplexada de biomarcadores en fluidos corporales para aplicaciones clínicas.

Introduction

El ácido úrico, que es el producto final del metabolismo de los nucleótidos de purina, es un biomarcador importante en el suero sanguíneo y la orina para el diagnóstico de enfermedades como la gota, la preeclampsia, las enfermedades renales, la hipertensión, las enfermedades cardiovasculares y la diabetes 1,2,3,4,5. Los métodos actuales para la detección de ácido úrico incluyen ensayos enzimáticos colorimétricos, cromatografía líquida de alto rendimiento y electroforesis capilar, que consumen mucho tiempo, son costosos y requieren una preparación sofisticada de^muestras 6,7,8,9.

La espectroscopia Raman mejorada con superficie es una técnica prometedora para el diagnóstico rutinario en el punto de atención, ya que permite la detección selectiva de biomoléculas a través de sus huellas dactilares de vibración y ofrece numerosas ventajas, como alta sensibilidad, respuesta rápida, facilidad de uso y preparación de muestras nula o mínima. Los sustratos SERS basados en nanopartículas de metales nobles (por ejemplo, Au NP) pueden mejorar las señales Raman de las moléculas de analito de 4 a 10 órdenes de magnitud¹⁰ a través de una fuerte mejora electromagnética causada por la resonancia de plasmón^{de superficie 11}. Au NPs de tamaños personalizados se pueden sintetizar fácilmente en lugar de la fabricación lenta de nanocompuestos metálicos complejos¹², y por lo tanto son ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas debido a sus propiedades superiores 13,14,15,16. La unión de moléculas macrocíclicas, cucurbitáceas (CBn, donde n = 5-8, 10), en la superficie de Au NP puede mejorar aún más las señales SERS de las moléculas de analito, ya que las moléculas CB altamente simétricas y rígidas pueden controlar el espaciado preciso entre las Au NP y localizar las moléculas de analito en el centro o en las proximidades de los puntos calientes plasmónicos a través de la formación de complejos huésped-huésped (Figura 1) ^17, 18,19,20. Ejemplos anteriores de estudios SERS utilizando Au NP: Los nanoagregados CBn incluyen nitroexplosivos, aromáticos policíclicos, diaminoestilbeno, neurotransmisores y creatinina 21,22,23,24,25, con las mediciones de SERS realizadas en una cubeta o cargando una pequeña gota en un portamuestras hecho a medida. Este esquema de detección es particularmente útil para cuantificar rápidamente biomarcadores en una matriz compleja con una alta reproducibilidad.

Aquí, se demostró un método fácil para formar complejos huésped-huésped de CB7 y un biomarcador importante UA, y para cuantificar UA con un límite de detección de 0.2 μM a través de agregaciones mediadas por CB7 de Au NP en medios acuosos utilizando un espectrómetro modular, que es prometedor para aplicaciones diagnósticas y clínicas.

Protocol

1. Síntesis de au npn Síntesis de semillas de Au mediante el método convencional de Turkevich26 Preparar 10 mL de solución de HAuCl4 de 25 mM disolviendo 98,5 mg de HAuCl4· Precursor de 3H2O con 10 ml de agua desionizada en un vial de vidrio.NOTA: Transfiera una pequeña cantidad de precursor de HAuCl4 a un bote de pesaje y use una espátula de plástico en lugar de una espátula metálica para pesar los cristales porque el pre…

Representative Results

En la síntesis au np presentada, los espectros UV-Vis muestran un cambio de los picos LSPR de 521 nm a 529 nm después de 10 pasos de crecimiento (Figura 4A, B), mientras que los datos DLS muestran una distribución de tamaño estrecha a medida que el tamaño de au NP aumenta de 25.9 nm a 42.8 nm (Figura 4C, D). Los tamaños promedio de G0, G5 y G10 medidos a partir de imágenes TEM (Figura 4E) son…

Discussion

El método de síntesis automatizada descrito en el protocolo permite sintetizar de forma reproducible Au NP de tamaños crecientes. Aunque hay algunos elementos que aún deben llevarse a cabo manualmente, como la adición rápida de citrato de sodio durante la síntesis de semillas y la verificación periódica para garantizar que el tubo PEEK sea seguro, este método permite Au NP de grandes tamaños (hasta 40 nm), que generalmente requerirían múltiples inyecciones manuales de HAuCl₄ y citrato de sodio, p…

Materials

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