Beobachtung und Analyse der Oberfläche-enhanced Raman-Streuung zu blinken
Summary
Dieses Protokoll beschreibt die Analyse der blinkende Oberfläche-enhanced Raman Streuung durch die Irrfahrt eines einzelnen Moleküls auf einer silbernen Oberfläche mittels macht Gesetze.
Abstract
Aus einem einzigen Molekül an eine silberne Nanoaggregate-Kreuzung wird blinkend Oberfläche-enhanced Raman-Streuung (SERS) beobachtet. Hier ist ein Protokoll zum Vorbereiten der SERS-Active präsentiert Silber Nanoaggregate, eine Video von bestimmten blinkenden Stellen im mikroskopischen Bild aufzeichnen und analysieren die blinkenden Statistiken. In dieser Analyse reproduziert ein Potenzgesetz Wahrscheinlichkeitsverteilungen für helle Veranstaltungen im Verhältnis zu ihrer Dauer. Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für dunklen Ereignisse sind durch ein Potenzgesetz mit einer Exponentialfunktion ausgestattet. Die Parameter des Kraft Gesetzes darstellen molekulare Verhalten in hellen und dunklen Staaten. Die Random-Walk-Modell und die Geschwindigkeit des Moleküls über die gesamte Silberoberfläche können geschätzt werden. Es ist schwer zu schätzen, auch bei Verwendung von Durchschnittswerten, Autokorrelation Funktionen und Höchstauflösung SERS Imaging. In Zukunft sollte Kraft Gesetz Analysen mit spectral imaging, kombiniert werden, da die Ursprünge des blinken von dieser Analysemethode allein nicht bestätigt werden können.
Introduction
Oberfläche-enhanced Raman-Streuung (SERS) ist hochsensiblen Raman-Spektroskopie von einer edlen Metall-Oberfläche. Da das Raman-Spektrum detaillierte Informationen über molekulare Struktur basierend auf den scharfen Peak-Positionen durch die Schwingungs-Modi von funktionellen Gruppen in den Molekülen liefert kann die Informationen eines einzelnen Moleküls auf einer Metalloberfläche untersucht werden Verwendung von SERS1,2,3. Aus einem silbernen Nanoaggregate mit einem adsorptiv Einzelmolekül-Ebene wird ein Blinksignal1,2,3,4,5,6, beobachtet. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16und das Spektrum schwankt1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14. Blinken kann durch ein einzelnes Molekül induziert werden, die nach dem Zufallsprinzip innerhalb und außerhalb eine verbesserte elektromagnetischen (EM) Feld an einer Kreuzung nanometergroßen Silber Nanoaggregate bewegt. Daher gilt das Blinken einfache Beweise für die Einzelmolekül-Erkennung, verglichen mit einer Technik, die mit einer Poisson-Verteilung von SERS Intensität und eine Bi-Analyt2,3,17. Die detaillierten Mechanismen des blinkenden und schwankenden Spektrums, das molekulare Verhalten auf der Ag-Oberfläche stark abhängen kann, sind jedoch nach wie vor umstritten.
In früheren Studien wurde blinken SERS analysiert mithilfe der Autokorrelationsfunktion, die die Diffusionskoeffizienten und Konzentration der Moleküle, die eine verbesserte EM Feld12,13,14 zunehmenden berechnen können . Darüber hinaus hat der zeitliche Verlauf der Signal-15eine normalisierte Standardabweichung Punktzahl, die Instabilität in die Gesamtintensität darstellt, abgeleitet. Jedoch können diese analytische Ansätze auf das Verhalten von wenigen Molekülen beruhen. Im Gegensatz dazu kann in eine super-Resolution Imaging blinkender SERS, Einzelmolekül-Verhalten in einem erweiterten EM-Feld identifizierten16sein. Allerdings können diese Techniken solche Parameter nur in einer erweiterten EM-Feld erhalten. Das zufällige Verhalten eines einzelnen Moleküls in einem weiten Bereich (z. B. in SERS blinkt) kann als ein Potenzgesetz, anstatt eine durchschnittliche4,5,6,7,8 dargestellt werden ,9,10,11, ähnlich wie blinkende Fluoreszenz aus einem einzigen Halbleiter Quantum Dot (QD)18,19. Durch den Einsatz einer Kraft Gesetz Analyse4,5,6,7,8,9,10,11, molekulare Verhalten kann im hellen Zustand (in der erweiterten EM-Feld) und dunklen Zustand10geschätzt werden; Das heißt, kann das Verhalten des Moleküls Silber vollflächig geschätzt werden.
Für diese Technik sind Silber kolloidales Nanoaggregates verwendeten4,5,6,7,8,9,10,11. Diese Nanoaggregates zeigen verschiedene lokalisierte Oberflächen Plasmon-Resonanz (LSPR)-Bands, die stark verbesserte elektromagnetische Felder beeinflussen, wenn sie aufgeregt bei bestimmten Wellenlängen sind. So erhalten Sie sofort SERS-Active Silber Nanopartikel in kolloidalen Suspension und einige Daten vorhanden sind. Bei einfachen Nanostrukturen, die bestimmte Größen, Formen und Arrangements haben, kann die LSPR Abhängigkeit des SERS blinken andere Abhängigkeiten7verbergen; nämlich, wenn das gut oder schlecht Nanostruktur, LSPR verwendet wird, werden die Parameter konstant, und die anderen Abhängigkeiten werden daher ausgeblendet werden. Kraft Gesetzes Analyse wurde verwendet, um verschiedene Abhängigkeiten von der blinkenden SERS aus Silber kolloidales Nanoaggregates4,5,6,7,8, zu entdecken 9 , 10 , 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Von der Kreuzung Silber Nanoaggregate wird SERS ausgegeben. Wir müssen also bereiten Sie Nanoaggregates anstatt kolloidale Nanopartikel, die mit Citrat Anionen bedeckt sind. Silber Aggregate werden durch das Einsalzen, Effekt, der durch die Zugabe von Poly-L-Lysin, die NH –3+ und ist der Ursprung der SERS, geformt oder Na+ Kationen aus NaCl, wie in Abbildung S2 des zusätzlichen Materials dargestellt. Darüber hinaus wird zur Beleuchtung der vielen Stellen in den weiten …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Der Autor dankt Prof. Y. Ozaki (Kwansei Gakuin University) und Dr. T. Itoh (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) für ihre fruchtbare Diskussionen dieser Arbeit. Diese Arbeit wurde vom Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (Nr. 16 K 05671) von KAKENHI (Beihilfe für wissenschaftliche Forschung C) unterstützt.
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 |
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