Summary

Au@Carbon डॉट नैनोप्रोब्स पर आधारित लेबल-फ्री सरफेस-एन्हांस्ड रमन स्कैटरिंग बायोएनालिसिस

Published: June 09, 2023
doi:

Summary

इस अध्ययन में, हमने लेबल-मुक्त लाइव सेल बायोइमेजिंग दिखाने और दो जीवाणु उपभेदों का पता लगाने के लिए अनुकूल जैव-अनुकूलता के साथ एक कम लागत वाली सतह-वर्धित रमन स्कैटरिंग (एसईआरएस) आधारित फिंगरप्रिंट नैनोप्रोब विकसित की, जिसमें विस्तार से दिखाया गया कि गैर-विनाशकारी विधि में जीवित कोशिकाओं के एसईआरएस स्पेक्ट्रा को कैसे प्राप्त किया जाए।

Abstract

सरफेस-एन्हांस्ड रमन स्कैटरिंग (एसईआरएस) तकनीक ने जैविक नमूनों की आणविक फिंगरप्रिंट जानकारी प्रदान करने की अपनी क्षमता के साथ-साथ एकल-कोशिका विश्लेषण में इसकी क्षमता के कारण बायोमेडिकल क्षेत्र में अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित किया है। इस काम का उद्देश्य Au@carbon डॉट नैनोप्रोब्स (Au@CDs) के आधार पर लेबल-मुक्त एसईआरएस बायोएनालिसिस के लिए एक सरल रणनीति स्थापित करना है। यहां, पॉलीफेनोल-व्युत्पन्न सीडी का उपयोग कोर-शेल Au@CD नैनोस्ट्रक्चर को तेजी से संश्लेषित करने के लिए रिडक्टेंट के रूप में किया जाता है, जो सहकारी रमन वृद्धि तंत्र के कारण मेथिलीन ब्लू (एमबी) की एकाग्रता 10-9 एम जितनी कम होने पर भी शक्तिशाली एसईआरएस प्रदर्शन की अनुमति देता है। बायोएनालिसिस के लिए, Au@CDs बायोसैंपल (जैसे, कैंसर कोशिकाओं और बैक्टीरिया) के सेलुलर घटकों की पहचान करने के लिए एक अद्वितीय एसईआरएस नैनोसेंसर के रूप में काम कर सकता है। प्रमुख घटक विश्लेषण के साथ संयोजन के बाद विभिन्न प्रजातियों से आणविक फिंगरप्रिंट को और अलग किया जा सकता है। इसके अलावा, Au@CDs इंट्रासेल्युलर संरचना प्रोफाइल का विश्लेषण करने के लिए लेबल-मुक्त एसईआरएस इमेजिंग को भी सक्षम करते हैं। यह रणनीति एक व्यवहार्य, लेबल-मुक्त एसईआरएस बायोएनालिसिस प्रदान करती है, जो नैनोडायग्नोसिस के लिए एक नई संभावना खोलती है।

Introduction

सेलुलर विषमता को प्रकट करने और सेल की व्यापक स्थिति का आकलन करने के अध्ययन के लिए एकल-कोशिका विश्लेषण आवश्यक है। माइक्रोएन्वायरमेंट के लिए सेल की त्वरित प्रतिक्रिया भी एकल-सेल विश्लेषण1 की गारंटी देती है। हालांकि, वर्तमान तकनीकों की कुछ सीमाएं हैं। प्रतिदीप्ति का पता लगाने को एकल-कोशिका विश्लेषण पर लागू किया जा सकता है, लेकिन यह कम संवेदनशीलता से सीमित है। अन्य चुनौतियां कोशिकाओं की जटिल प्रतिदीप्ति पृष्ठभूमि औरदीर्घकालिक विकिरण 2 के तहत प्रतिदीप्ति फोटोब्लीचिंग से उत्पन्न होती हैं। सरफेस-एन्हांस्ड रमन स्कैटरिंग (एसईआरएस) अपने फायदों के कारण एकल-सेल विश्लेषण के संदर्भ में अर्हता प्राप्त कर सकता है, जिसमें (1) आंतरिक आणविक फिंगरप्रिंट जानकारी और तात्कालिक स्थिति को प्रतिबिंबित करना, (2) अल्ट्राहाई सतह संवेदनशीलता, (3) सुविधाजनक मल्टीप्लेक्स डिटेक्शन, (4) उच्च फोटोस्टेबिलिटी, (5) तुलनात्मक विश्लेषण के लिए पहचान की मात्रा निर्धारित की जा सकती है, (6) एनआईआर तरंग दैर्ध्य उत्तेजना के साथ सेलुलर ऑटोफ्लोरेसेंस से बचना, (7) सेलुलर जलीय में पता लगाना किया जा सकता है। पर्यावरण, और (8) पहचान को सेल 3,4,5 के भीतर एक विशिष्ट क्षेत्र में निर्देशित किया जा सकता है।

एक मौलिक घटना के रूप में एसईआरएस को समझने के लिए दो व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त तंत्र हैं: विद्युत चुम्बकीय वृद्धि (ईएम) एक प्रमुख कारण के रूप में और रासायनिक वृद्धि (सीएम)। ईएम रोमांचक क्षेत्र की दी गई आवृत्ति में, विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा संचालित सामूहिक इलेक्ट्रॉनों के दोलन को संदर्भित करता है जब घटना प्रकाश की आवृत्ति धातु में घूमने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉनों की आवृत्ति से मेल खाती है, जिससे सतह प्लास्मोन अनुनाद (एसपीआर) को जन्म मिलता है। जब स्थानीयकृत एसपीआर (एलएसपीआर) धातु नैनोकणों (एनपी) पर घटना लेजर अतिक्रमण के माध्यम से होता है, तो यह घटना प्रकाश के अनुनाद अवशोषण या प्रकीर्णन की ओर जाता है। नतीजतन, धातु एनपी की सतह विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र तीव्रता को दो से पांच आदेशों तक बढ़ाया जा सकताहै। हालांकि, एसईआरएस में भारी वृद्धि की कुंजी एक धातु एनपी नहीं है, बल्कि दो एनपी के बीच का अंतर है, जो हॉट स्पॉट बनाता है। सीएम दो पक्षों से उत्पन्न होता है, जिसमें (1) लक्ष्य अणुओं और धातु एनपी के बीच बातचीत और (2) लक्ष्य अणु धातु एनपी 4,5 से इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं। अधिक विस्तृत विवरण इन समीक्षा लेख 4,5 में पाया जा सकता है। जीवित कोशिकाओं में एसईआरएस बायोसेंसिंग और इमेजिंग के लिए कई आशाजनक तरीकों को पिछले साहित्य में प्रस्तुत किया गया है, उदाहरण के लिए, एपोप्टोटिक कोशिकाओं6, ऑर्गेनेल7 में प्रोटीन, इंट्रासेल्युलर एमआईआरएनए8, सेलुलर लिपिड झिल्ली, 9साइटोकिन्स10, और जीवित कोशिकाओं में मेटाबोलाइट्स11, साथ ही साथ कॉन्फोकल एसईआरएस इमेजिंग2 द्वारा कोशिकाओं की पहचान और निगरानी11,12,13. दिलचस्प बात यह है कि लेबल-मुक्त एसईआरएस एसईआरएस का अनूठा लाभ प्रस्तुत करता है, जो आंतरिक आणविक स्पेक्ट्रा5 का वर्णन कर सकता है।

लेबल-मुक्त एसईआरएस के लिए एक प्रमुख मुद्दा एक तर्कसंगत और विश्वसनीय सब्सट्रेट है। विशिष्ट एसईआरएस सब्सट्रेट महान धातु एनपी हैं क्योंकि उनकी बहुतअधिक प्रकाश बिखेरने की उत्कृष्ट क्षमता है। आजकल, नैनोकम्पोजिट्स पर उनके उल्लेखनीय भौतिक और रासायनिक गुणों और जैव-रासायनिकता के कारण अधिक से अधिक ध्यान दिया जाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि नैनोकम्पोजिट्स नैनोहाइब्रिड ्स पर हॉट स्पॉट से प्रेरित तीव्र ईएम और अन्य गैर-धातुसामग्रियों से उत्पन्न अतिरिक्त रासायनिक वृद्धि के कारण बेहतर एसईआरएस गतिविधि दिखा सकते हैं। उदाहरण के लिए, फी एट अल ने माउस 4 टी 1 स्तन कैंसर सेल (4 टी1कोशिकाओं) 16 के लेबल-फ्री नियर-इन्फ्रारेड (एनआईआर) एसईआरएस इमेजिंग के लिए एयू NP@MoS 2 क्यूडी नैनोकम्पोजिट्स को संश्लेषित करने के लिए एमओएस2 क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) का उपयोग किया। इसके अलावा, ली एट अल ने खाद्यजनित रोगजनक बैक्टीरिया के लेबल-मुक्त एसईआरएस मापके लिए एयू एनपी और 2 डी हैफनियम डाइटेलुराइड नैनोशीट्स से युक्त एक 2 डी एसईआरएस सब्सट्रेट तैयार किया। हाल ही में, कार्बन डॉट्स (सीडी), अच्छे इलेक्ट्रॉन दाता, का उपयोग अन्य रिडक्टेंट्स या विकिरण के बिना रिडक्टेंट्स के रूप में किया गया है ताकि Au@carbon डॉट नैनोप्रोब्स (Au@CDs)18 को संश्लेषित किया जा सके, जिन्हें एयू कोर और सीडी शेल19,20 के बीच चार्ज-ट्रांसफर (सीटी) प्रभाव के आधार पर एसईआरएस गतिविधि को बढ़ाने के लिए कुशल सामग्री बताया गया है। इससे अधिक, सीडी को कैपिंग एजेंट और एयू एनपी को21 को एकत्रित करने से रोकने के लिए स्टेबलाइजर के रूप में पहचाना जाता है। इसके अलावा, यह विश्लेषणों के साथ प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक संभावनाएं खोलता है, क्योंकि यह बड़ी संख्या में बाध्यकारी औरसक्रिय साइटें प्रदान कर सकता है। उपरोक्त का लाभ उठाते हुए, जिन एट अल नेवास्तविक समय में विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की निगरानी के लिए अद्वितीय एसईआरएस गुणों और उत्कृष्ट उत्प्रेरक गतिविधियों के साथ Ag@CD एनपी बनाने के लिए एक तेज और नियंत्रणीय विधि विकसित की।

इसमें, सेलुलर घटकों और लेबल-मुक्त एसईआरएस लाइव सेल बायोइमेजिंग की पहचान करने के लिए कोर-शेल Au@CD एसईआरएस सब्सट्रेट्स बनाने के लिए एक आसान और कम लागत वाली विधि का प्रदर्शन किया गया था, साथ ही एस्चेरिचिया कोलाई (ई कोलाई) और स्टेफिलोकोकस ऑरियस (एस ऑरियस) का पता लगाने और अंतर करने के लिए, जो रोग के प्रारंभिक निदान और सेलुलर प्रक्रियाओं की बेहतर समझ के लिए वादा करता है।

Protocol

1. Au@CDs का निर्माण नोट: चित्रा 1 Au@CDs के लिए एक निर्माण प्रक्रिया दिखाता है। एक विशिष्ट हाइड्रोथर्मल उपचार प्रक्रिया18 के माध्यम से साइट्रिक एसिड (सीए) और गैलिक एसि…

Representative Results

Au@CDs का निर्माण चित्र 1 में चित्रित किया गया है। सीडी को सीए और जीए से एक विशिष्ट हाइड्रोथर्मल प्रक्रिया18 के माध्यम से तैयार किया गया था। कमरे के तापमान पर जलीय मीडिया में सी…

Discussion

सारांश में, 2.1 एनएम के अल्ट्राथिन सीडी शेल वाले Au@CDs सफलतापूर्वक निर्मित किए गए हैं। नैनोकम्पोजिट ्स शुद्ध एयू एनपी की तुलना में बेहतर एसईआरएस संवेदनशीलता दिखाते हैं। इसके अलावा, Au@CDs प्रजनन क्षमता और दीर?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (32071399 और 62175071), गुआंगज़ौ के विज्ञान और प्रौद्योगिकी कार्यक्रम (2019050001), गुआंग्डोंग बेसिक और एप्लाइड बेसिक रिसर्च फाउंडेशन (2021 ए 1515011988), और ओपन फाउंडेशन ऑफ द ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक साइंस एंड टेक्नोलॉजी फॉर मेडिसिन (फ़ुज़ियान नॉर्मल यूनिवर्सिटी), शिक्षा मंत्रालय, चीन (JYG2009) द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

10x PBS buffer (Cell culture) Langeco Technology BL316A
6 well cell culture plate LABSELECT 11110
Cell Counting Kit-8 (CCK-8) GLPBIO GK10001
Citric acid Shanghai Aladdin Biochemical Technology C108869
CO2 incubator Thermo Fisher Technologies 3111
Constant temperature magnetic agitator Sartorius Scientific Instruments SQP
Cryogenic high speed centrifuge Shanghai Boxun SW-CJ-2FD
DMEM high glucose cell culture medium Procell PM150210
Electronic balance Sartorius Scientific Instruments SQP
Enzyme marker Thermo Fisher Technologies 3111
Fetal bovine serum Zhejiang Tianhang Biological Technology 11011-8611
Figure 1 Figdraw.
Fourier infrared spectrometer Thermo, America Nicolet 380
Freeze dryer Tecan Infinite F50
Gallic acid Shanghai Aladdin Biochemical Technology G104228
Handheld Raman spectrometer OCEANHOOD, Shanghai, China Uspectral-PLUS
HAuCl4 Guangzhou Pharmaceutical Company (Guangzhou)
High resolution transmission electron microscope Thermo Fisher Technologies FEI Tecnai G2 Spirit T12
High temperature autoclave Shanghai Boxun YXQ-LS-50S Equation 2
Inverted microscope Nanjing Jiangnan Yongxin Optical XD-202
LB Broth BR Huankai picoorganism 028320
Medical ultra-low temperature refrigerator Thermo Fisher Technologies ULTS1368
Methylene blue Sigma-Aldrich
Pancreatin Cell Digestive Solution beyotime C0207
Penicillin streptomycin double resistance Shanghai Boxun YXQ-LS-50S Equation 2
Pure water meter Millipore, USA Milli-Q System
Raman spectrometer Renishaw
Sapphire chip beyotime
Thermostatic water bath Changzhou Noki
Ultra-clean table Shanghai Boxun SW-CJ-2FD
Uv-visible light absorption spectrometer MADAPA, China UV-6100S
Wire 3.4 Renishaw

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Citazione di questo articolo
Zheng, Y., Xiao, X., Li, Z., Shao, Y., Chen, J., Guo, Z., Zhong, H., Liu, Z. Label-Free Surface-Enhanced Raman Scattering Bioanalysis Based on Au@Carbon Dot Nanoprobes. J. Vis. Exp. (196), e65524, doi:10.3791/65524 (2023).

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