Gözlem ve yüzey gelişmiş Raman saçılması yanıp sönen analizi
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.
Protocol
Representative Results
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 y…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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. , (2014).
- Kitahama, Y. Truncated Power Law Analysis of Blinking SERS. Frontiers of Plasmon Enhanced Spectroscopy Volume 1 (ACS Symposium series Vol. 1245). , (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. Biochimie. 41, 697-705 (2002).
