Summary
يصف هذا البروتوكول تحليل تطرف رامان المزودة بسطح التشتت بسبب المشي العشوائي لجزيء واحد على سطح فضة باستخدام قوانين السلطة.
Abstract
من جزيء واحد مفترق نانواجريجاتي فضة، يلاحظ الوميض رامان المزودة بسطح نثر (SERS). هنا، يقدم بروتوكول حول كيفية إعداد SERS-النشط الفضي نانواجريجاتي وتسجيل فيديو لبعض البقع وامض في الصورة المجهرية، وتحليل الإحصاءات وامض. في هذا التحليل، يستنسخ قانون سلطة التوزيعات الاحتمالية للأحداث مشرق بالنسبة إلى المدة التي ستستغرقها. التوزيعات الاحتمالية للأحداث المظلمة مزودة بقانون طاقة مع دالة آسيه. معلمات قانون الطاقة تمثل السلوك الجزيئي في الدول الساطعة والمعتمة على حد سواء. ويمكن تقدير نموذج عشوائي سيرا على الأقدام وسرعة الجزيء عبر كامل سطح الفضة. فإنه من الصعب تقدير حتى عند استخدام المتوسطات ومهام ترابط تلقائي، وتصوير SERS القرار فائقة. في المستقبل، تحليلات القانون السلطة ينبغي أن تقترن بالتصوير الطيفي، لأن أصول تطرف لا يمكن تأكيده بهذا الأسلوب تحليل وحدها.
Introduction
رامان المزودة بسطح نثر (SERS) هي حساسة للغاية رامان الطيفي من سطح معدن النبيلة. منذ الطيف رامان، يوفر معلومات مفصلة حول بنية جزيئية استناداً إلى مواقف الذروة الحادة، من خلال وسائط الذبذبات من المجموعات الوظيفية في الجزيئات، يمكن أن يحقق في المعلومات من جزيء واحد على سطح معدني استخدام SERS1،،من23. من نانواجريجاتي فضة مع أدسورباتي على مستوى جزيء واحد، يلاحظ إشارة وامض1،2،،من34،،من56، 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16، والطيف يتقلب1،2،3،4،،من56،،من78، 9،10،،من1112،،من1314. يمكن أن يكون الوميض الناجم عن جزيء واحد يتحرك عشوائياً داخل وخارج حقل (م) كهرومغناطيسية معززة مفترق نانواجريجاتي فضة نانومتر الحجم. ولذلك، يعتبر تطرف أدلة بسيطة للكشف عن جزيء واحد، بالمقارنة مع تقنية استخدام توزيع بواسون SERS و3،2،ثنائية-أكثر من17. بيد أن آليات تفصيلية من الطيف الوامض ومتقلبة، والتي قد تعتمد بشدة على سلوك الجزيئية على سطح Ag، لا تزال مثيرة للجدل.
في دراسات سابقة، تطرف SERS قد تم تحليلها باستخدام الدالة ترابط تلقائي، الذي يمكن حساب معامل الانتشار وتركيز الجزيئات تتحرك وخارجها تعزيز م ميدان12،13،14 . وعلاوة على ذلك، درجة انحراف المعياري تم تسويتها، الذي يمثل عدم الاستقرار في كثافة المجموع، مستمدة من صورة إشارة15مرة. بيد أن هذه النهج التحليلي قد يكون استناداً إلى سلوك جزيئات قليلة. وفي المقابل، في تصوير فائقة قرار تطرف SERS، يمكن أن يكون السلوك جزيء واحد في حقل م تعزيز حددت16. ومع ذلك، يمكن الحصول على هذه التقنيات هذه المعلمات فقط في حقل م معززة. ويمكن تمثيل سلوك عشوائي من جزيء واحد داخل مجموعة واسعة (على سبيل المثال، في تطرف SERS) كقانون قوة بدلاً من متوسط4،5،،من67،8 ،،من910،11، مماثلة للأسفار وامض من أشباه الموصلات واحد كم دوت (QD)18،19. باستخدام قوة القانون تحليل4،5،6،،من78،9،10،11، والسلوك الجزيئي ويمكن تقدير في مشرق الدولة (في مجال طب الطوارئ المعززة) والدولة الظلام10؛ هذا هو، يمكن تقدير سلوك الجزيء على كامل سطح الفضة.
لهذا الأسلوب، يتم نانواجريجاتيس الفضة الغروية المستخدمة4،5،،من67،،من89،10،11. وتظهر هذه نانواجريجاتيس مختلف نطاقات الرنين () مترجمة مأكل مثل الطحين السطحية التي تؤثر على الحقول الكهرومغناطيسية معززة بقوة عندما تكون متحمس عند أطوال موجية معينة. وهكذا، يمكن فورا الحصول على فضية نشطة SERS جسيمات نانوية موجودة في تعليق غرواني، وبعض البيانات. في حالة النانو البسيطة، التي لها أحجام محددة، والأشكال، والترتيبات، اعتماد LSPR SERS وامض يمكن إخفاء أخرى الاعتماد7؛ إلا وهي إذا تم استخدام نانوستروكتوري جيدة أو سيئة إلى LSPR، المعلمات سوف تكون ثابتة، وسوف تكون مخفية الاعتماد الأخرى لذلك. وقد استخدمت تحليل قانون الطاقة لاكتشاف الاعتماد المختلفة من SERS وامض من الفضة الغروية نانواجريجاتيس4،5،6،،من78، 9 , 10 , 11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد نموذج
-
إعداد الجسيمات النانوية الغروية الفضة 20
- إلى اختﻻق الجسيمات النانوية الغروية الفضة، حل 0.030 ز من نترات الفضة و 0.030 ز من سترات صوديوم ثنائي هيدرات في 150 مل من الماء في قارورة 200 مل قاع جولة.
- تجمع في قارورة مع مكثف ارتداد (ديمروث).
- إثارة الحل في قارورة مع شريط محرض وآثاره مغناطيسية. ثم الحرارة الحل إثارة في قارورة في حمام زيت عند 150 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
ملاحظة: سوف تتحول الحل الرمادي الأصفر، ثم درب التبانة. - كول التعليق في درجة حرارة الغرفة، والحفاظ على التعليق في قارورة مغطاة برقائق الألومنيوم في ثلاجة.
ملاحظة: يمكن أن يكون مؤقتاً في البروتوكول في هذه المرحلة. استخدم الجسيمات النانوية الغروية، بعد تخزينها في ثلاجة، في غضون شهر واحد.
-
إعداد نموذج للملونة المتعددة تطرف الانبعاثات 11
- إلى استعداد شريحة مجهر وتغسل صفيحة زجاج بالماء والصابون باليد وشطفه بالماء.
- إضافة بولي-L-يسين 0.1% محلول مائي للوح الزجاج، وإزالة الحل مع منفاخ.
- إضافة تعليق غرواني الفضة إلى اللوحة الزجاجية، وإزالة التعليق مع منفاخ.
- أرفق منطقة إسقاط على اللوحة الزجاجية بقلم مانع سائل.
- قطره الماء المقطر على اللوحة الزجاجية، وتغطية ذلك مع لوحة زجاج آخر إنشاء شريحة مجهر ومنع المياه من التبخر.
-
إعداد نموذج لرتابة SERS وامض الملونة 7 , 8 , 9 , 10
- إلى استعداد شريحة مجهر وتغسل صفيحة زجاج بالماء والصابون باليد وشطفه بالماء.
- مزيج تعليق غرواني فضي مع صبغة ثياسيانيني أو ثياكاربوسيانيني (25 أو 4 ميكرومتر، على التوالي) ومحلول كلوريد الصوديوم (10 مم) بنسبة حجم من 2:1:1.
- إسقاط تعليق عينة على لوح الزجاج، وإزالة التعليق مع منفاخ.
- أرفق منطقة إسقاط على اللوحة الزجاجية بقلم مانع سائل.
- إسقاط محلول مائي لكلوريد الصوديوم (1 م) على اللوحة الزجاجية شل جسيمات نانوية فضية، وتغطية ذلك مع لوحة زجاج آخر لإنشاء لوحة شرائح مجهر ومنع الحل من التبخر.
2-المراقبة من تطرف جسيمات فضة نانوية
-
إضاءة عينة
- ضع لوحة زجاج العينة المعدة باستخدام بروتوكول 1.2 أو 1.3 في مرحلة المجهر المقلوب.
- إلقاء الضوء على لوحة الزجاج العينة باستخدام الضوء الأبيض من خلال الحقل المظلم المكثف، والتركيز على مختلف البقع الملونة (الأزرق، الأخضر والأصفر والأحمر) على لوحة الزجاج باستخدام عدسة الهدف (60 س).
- إلقاء الضوء على لوحة الزجاج عينة استخدام شعاع الموهنة، سلم بزاوية 30 درجة بالنسبة لسطح العينة، من صمام ثنائي ليزر كونتينووسوافي (cw) يتم ضخها حالة صلبة (الإحصاء) من خلال عامل تصفية تدخل.
- لاستخدام الإضاءة الليزر لمراقبة نانواجريجاتيس الفضي رتابة البقع الملونة نفس اللون المجاورة، نقل منطقة الإضاءة الليزر إلى المركز من طريقة العرض، والتركيز على البقع على لوحة الزجاج بضبط المرحلة في الاتجاه-z.
-
المراقبة من تطرف
- إدراج عامل تصفية تمرير طويلة بعد العدسة الهدف، وتُضِيءُ لوحة زجاج العينة باستخدام شعاع ليزر cw والعسف تسليمها بزاوية 30 درجة بالنسبة لسطح العينة من خلال عامل تصفية تدخل.
- العثور تطرف البقع كما هو مبين في الشكل 1 (انظر أيضا الشكل S1 في المواد التكميلية) بالانتقال المرحلة في الاتجاهين x و y.
- تسجيل الفيديو من البقع وامض مع المجهر المقلوب، بالإضافة إلى كاميرا تبريد رقمية جهاز اقتران (CCD)، التي لديها قرار وقت 61-120 مللي ثانية، لمدة 20 دقيقة.
3-تحليل تطرف SERS
-
اشتقاق من الوقت الشخصية من الفيديو
- في البرنامج الذي يتحكم كاميرا CCD، قم بفتح ملف الفيديو.
- لتحديد البقع وامض ومنطقة مظلمة، اسحب المناطق التي تغطي المناطق مع أو بدون بقع في صورة الفيديو بشكل منفصل.
- أن تستمد إشارة الوقت كثافة البقع وامض، والمناطق المظلمة في شريط الفيديو، حدد التحليل الزمني في التحليل، وانقر فوق حساب في إطار التحليل الزماني .
- حفظ البيانات كملف نصي.
-
تحليل للشخصية الوقت
- تسطيح خط أساس الزمني بطرح الشخصية الوقت من منطقة مظلمة و/أو تركيب مع دالة متعدد الحدود، كما هو مبين في الأرقام 2 ألف و 2 باء.
- تقييم كثافة أساس متوسط يتكون من حوالي 2000 نقطة و أناقاعدةوانحراف المعياري لدرجات الأساس، σ، كما هو مبين في الأرقام 2 و 2D.
- التمييز بين الأحداث مشرق من أحداث الظلام باستخدام كثافة أكبر من عتبة أناقاعدة + 3σ، وتسجيل مدة كل حدث. في الشكل 3، على سبيل المثال، تسجيل الحدث من 0 إلى 3.5476 s كحدث الظلام (مع مدة t = 3.5476 s)، وتسجيل الحدث من 3.5476 إلى 4.0981 s كحدث مشرق (مع مدة t = 0.5505 s). كرر الإجراء كما هو مبين في الجدول 1.
- حساب عدد الأحداث مشرقة ومظلمة لكل فترة، كما أعرب عنه في الأسطر الأولى والثانية من الجدول 2.
- مجموع عدد الأحداث لكل فترة، باستثناء الأحداث أقصر من المدة t. كما أعربت في الأسطر الثاني والثالث من الجدول 2، على سبيل المثال، مجموع عدد الأحداث كل فترة (باستثناء الأحداث ل t = 0.0612 s) ك 41 + 18 + 9 +... النتيجة يساوي مجموع ل t = 0.1223 ثانية، أي 103.
- القسمة المجموع كل مدة، وتطبيع هذه. كما ورد في الجدول 2، على سبيل المثال، تقسيم ملخص للمدة t = 0.0612 s من s مدة 0.0612. والنتيجة هي 3,351.5791. ثم تقسيم الناتج على مجموع النتائج في السطر الرابع في الجدول 2. يتم اشتقاق التوزيع الاحتمالي لتكون 0.64494.
- ارسم التوزيعات الاحتمالية للأحداث مشرق فعلى(t) ضد بهم مدة تي في رسم بياني لوغاريتم لوغاريتم، واحتواء سجل10ففي(t) بسجل10 (
) للاستدلال قوة القانون α الأسعلى لتطرف بقعة معينة. إذا كان فعلى(t) مزودة ب ، السطر المجهزة ينحرف عن المؤامرات في قيم صغيرة من فعلى(t)، كما هو موضح بالخط المنقط في الشكل 4أ. - ارسم التوزيعات الاحتمالية لإحداث الظلام فقبالة(t) ضد بهم مدة تي في رسم بياني لوغاريتم لوغاريتم، واحتواء سجل10فقبالة(t) بسجل10(
للاستدلال قوة القانون α الأسقبالة واقتطاع وقت τ من تطرف نفس البقعة. إذا كان فقبالة(t) مزودة ب ، ينحرف منحنى المجهزة من المؤامرات في قيم صغيرة من فقبالة(t). - كرر 3.2.1 إلى 3.2.8 لغيرها من مناطق وامض في شريط الفيديو.
للاستدلال قوة القانون α الأسقبالة واقتطاع وقت τ من تطرف نفس البقعة. إذا كان فقبالة(t) مزودة ب Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
من نانواجريجاتيس الفضي مع بولي-L-يسين أعدها بروتوكول 1.2، لاحظ البقع وامضة متعددة الألوان من SERS والمزودة بسطح الأسفار، كما هو مبين في الشكل 111. وفي المقابل، لوحظت رتابة البقع الملونة وامض من SERS نانواجريجاتيس الفضة مع جزيئات الصبغ أعدها بروتوكول 1.37،،من89،10. هناك نوعان من النتائج "السلبية": نتائج مستمرة، أو النتائج حيث يتم ملاحظة لا SERS. قد يكون سبب النتائج السابقة والأخيرة بتركيزات عالية أو منخفضة من جزيئات على سطح الفضة الغروية، على التوالي.
إظهار الإشارات من نانواجريجاتي فضية واحدة كثافات مختلفة في أوقات مختلفة، كما هو مبين في الشكل 2ب. وهذا يختلف عن الأسفار وامض من QD واحد. رسوم بيانية لشدة الأسفار تظهر قمم مميزة اثنين، التي تمثل الدول مشرقة ومظلمة18. التشكيل الجانبي للوقت أكثر من مجموعة طويلة مشابه لتوسعها في قصيرة مدى، كما هو الحال في الشكل 34. هذا ويشار إلى 'المتمتعة بالحكم الذاتي-التشابه' أو 'فركتل'؛ إلا وهي تعتبر ميزات كائنات مماثلة إذا كان يتم توسيع جداول طول بها.
في الرسم بياني لوغاريتم لوغاريتم، التوزيعات الاحتمالية للأحداث مشرقة ومظلمة المرسومة ضد المدد كالخط والمنحنى، على التوالي، كما هو مبين في الشكل 4 (بدلاً من الوميض من QD واحد)19. ويناظر منحدر الخط في الرسم البياني، الأس قانون السلطة. وفي المقابل، يستخلص اقتطاع وقت أقصر من حقيقة أن القانون السلطة للدولة الظلام يتم اقتطاع في ذيول أقصر. لهذا الحدث SERS الظلام، مزودة التوزيعات الاحتمالية أحياناً بقانون قوة بدلاً من دالة آسيه. فمرات اقتطاع طويلة جداً مع أخطاء كبيرة في بعض الأحيان المشتقة9،10. ومع ذلك، أنها ليست نتيجة "سلبية" أن قانون سلطة مع دالة آسيه لا يمكن استخراج التوزيعات الاحتمالية لحدث SERS الظلام.
سلطة القانون الدعاة αتشغيل/إيقاف واقتطاع مرات τ استخلاصه من جسيمات نانوية فضية الفردية التي تظهر القيم المختلفة، كما هو معروض في الشكل 5. من الدعاة القانون السلطة كثيرة، المستمدة في متوسط مع خطأ معياري ومقارنة بقيم أخرى في مختلف الظروف. في حالة اقتطاع مرات، قد تكون مناسبة لمقارنة متوسط بدلاً من المتوسط. لحسن الحظ، يمكن جمع عدد كبير بيانات من العديد من أشرطة الفيديو من تطرف، لأنه يمكن ملاحظة البقع وامضة قرابة عشرة في وقت واحد في شريط الفيديو.
الشكل 1: صور الممثل من SERS وامض. ولوحظت بقع وامضة متعددة الألوان من نانواجريجاتيس الفضي مع بولي-L-يسين. شريط المقياس = 10 ميكرون. هذا مأخوذ مجهر مقلوب بالإضافة إلى كاميرا لون اتفاقية مكافحة التصحر من خلال تمريره طويلة مع تصفية (انظر فيلم فيديو المقابلة في الشكل S1 المواد التكميلية). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: (أ) الوقت الممثل الشخصية من إشارة كثافة من تطرف بقعة. (ب) التشكيل الجانبي الوقت قد تم تسويتها الأساس الذي طرح الشخصية الوقت من منطقة مظلمة و/أو تركيب عن طريق دالة متعدد الحدود. استنسخت بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء"8. (ج) توسيع ساحة في (ب)، إلا وهو خط الأساس للتشكيل الجانبي للوقت. (د) الكثافة التخطيطي من شدة نقاط خط الأساس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: الوقت الممثل الشخصية من كثافة إشارة من تطرف بقعة وعتبة لتعريف الأحداث مشرقة ومظلمة (خط أفقي). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: الممثل التوزيعات الاحتمالية للبقع وامض تآمروا ضد المدد. (A) التوزيعات الاحتمالية للأحداث المشرقة المرسومة ضد المدد في رسم بياني لوغاريتم لوغاريتم. هي تركيب خطوط صلبة ومنقطة النتائج باستخدام معادلات كسجل10ففي(t) = سجل10(
) و Pفي(t) = ، على التوالي. (ب) التوزيعات الاحتمالية لإحداث الظلام المرسومة ضد المدد في رسم بياني لوغاريتم لوغاريتم. أنها يمكن تركيبها كمنحنى نظراً لقانون طاقة مع دالة آسيه. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5: رسوم بيانية الممثل لمعلمات المستمدة من قانون السلطة. (أ) الرسم البياني لقوة القانون الدعاة للأحداث مشرق. (ب) الرسم البياني لقوة القانون الدعاة لإحداث الظلام. (C) الرسم البياني لاقتطاع الأوقات في القانون السلطة مع دالة آسيه للأحداث التي وقعت في الظلام. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
S1 الشكل: فيلم الممثل من تطرف SERS. ولوحظت بقع وامضة متعددة الألوان من نانواجريجاتيس الفضي مع بولي-L-يسين. هذا يغطي مساحة 50 ميكرون × 40 ميكرومتر واقتيد مع مجهر مقلوب بالإضافة إلى كاميرا CCD لون من خلال مرشح تمرير طويل. من فضلك انقر هنا لمشاهدة هذا الفيديو. (انقر بالزر الأيمن التحميل.)
S2 الشكل: صورة الممثل المسح الإلكتروني المجهري نانواجريجاتي الفضية التي شكلتها إضافة بولي-L-يسين أو كلوريد الصوديوم- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
S3 الرقم: الطيف "رامان التقليدية" لمسحوق ثياكاربوسيانيني، وأطياف SERS الزمانية تقلبت الممثل من نانواجريجاتي فضية واحدة مع ثياكاربوسيانيني- استنسخت بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء"8. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| الحدث | بدء الوقت/s | نهاية الوقت/s | المدة/s |
| الظلام | 0.0000 | 3.5476 | 3.5476 |
| مشرق | 3.5476 | 4.0981 | 0.5505 |
| الظلام | 4.0981 | 5.8720 | 1.7738 |
| مشرق | 5.8720 | 5.9331 | 0.0612 |
| الظلام | 5.9331 | 6.3613 | 0.4282 |
| مشرق | 6.3613 | 6.4836 | 0.1223 |
| الظلام | 6.4836 | 6.6671 | 0.1835 |
| مشرق | 6.6671 | 6.7895 | 0.1223 |
| الظلام | 6.7895 | 7.0341 | 0.2447 |
| مشرق | 7.0341 | 7.0953 | 0.0612 |
| الظلام | 7.0953 | 8.3798 | 1.2845 |
| مشرق | 8.3798 | 8.4409 | 0.0612 |
| الظلام | 8.4409 | 8.6856 | 0.2447 |
| مشرق | 8.6856 | 8.7468 | 0.0612 |
| الظلام | 8.7468 | 9.6643 | 0.9175 |
| مشرق | 9.6643 | 9.9089 | 0.2447 |
| الظلام | 9.9089 | 9.9701 | 0.0612 |
| مشرق | 9.9701 | 10.3371 | 0.3670 |
| الظلام | 10.3371 | 10.3983 | 0.0612 |
الجدول 1: جدول الممثل الحدث مظلمة أو مشرقة ووقت بدء الحدث، ووقت انتهاء الحدث والحدث مدة. هذه مستمدة من الشكل 3.
| المدة/s | لا. الحدث | ملخص | (Summation)/(Duration) | التوزيع الاحتمالي/s-1 |
| 0.0612 | 102 | 205 | 3351.5791 | 0.64494 |
| 0.1223 | 41 | 103 | 841.9821 | 0.16202 |
| 0.1835 | 18 | 62 | 337.8828 | 0.06502 |
| 0.2447 | 9 | 44 | 179.8408 | 0.03461 |
| 0.3058 | 4 | 35 | 114.4442 | 0.02202 |
| 0.3670 | 3 | 31 | 84.4707 | 0.01626 |
| 0.4282 | 3 | 28 | 65.3967 | 0.01258 |
| 0.4893 | 4 | 25 | 51.0911 | 0.00983 |
| 0.5505 | 1 | 21 | 38.1481 | 0.00734 |
| 0.6117 | 1 | 20 | 32.6983 | 0.00629 |
| 0.6728 | 5 | 19 | 28.2395 | 0.00543 |
| 0.7340 | 2 | 14 | 19.0740 | 0.00367 |
| 0.9786 | 1 | 12 | 12.2619 | 0.00236 |
| 1.0398 | 1 | 11 | 10.5789 | 0.00204 |
| 1.1621 | 2 | 10 | 8.6048 | 0.00166 |
| 1.3456 | 1 | 8 | 5.9452 | 0.00114 |
| 1.4068 | 1 | 7 | 4.9758 | 0.00096 |
| 1.9573 | 1 | 6 | 3.0655 | 0.00059 |
| 2.0796 | 1 | 5 | 2.4043 | 0.00046 |
| 2.2631 | 1 | 4 | 1.7675 | 0.00034 |
| 2.4466 | 1 | 3 | 1.2262 | 0.00024 |
| 2.8136 | 1 | 2 | 0.7108 | 0.00014 |
| 2.9359 | 1 | 1 | 0.3406 | 0.00007 |
الجدول 2: جدول الممثل المدة، عدد من الأحداث لكل مدة، ملخص لعدد من الأحداث لمدة أطول، المجموع مقسوماً على كل مدة، وعلى تطبيع التوزيعات الاحتمالية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
من مفرق نانواجريجاتي الفضة، ينبعث SERS. وبالتالي، نحن بحاجة إلى إعداد نانواجريجاتيس بدلاً من الجسيمات النانوية الغروية، التي تغطيها مع الأنيونات سترات. تتشكل المجاميع الفضية من التمليح على الأثر التي تم إنشاؤها بواسطة إضافة بولي-L-يسين-NH3+ وهو أصل SERS، أو الكاتيونات نا+ من كلوريد الصوديوم، كما هو مبين في الشكل S2 من المواد التكميلية. وعلاوة على ذلك، لإلقاء الضوء على العديد من المواقع في منطقة واسعة، يتم تسليم شعاع الليزر غير مركزة بزاوية 30 درجة بالنسبة لسطح العينة، من خلال عدسة التي لم يتم إرفاق بالمجهر. وهناك احتمال أن منطقة المراقبة غير مضاءة. ونحن ضبط ونقل منطقة الليزر لإلقاء الضوء على منطقة المراقبة مع تضخم عالية. وبعد هذا التحسين، مرئية رتابة البقع الملونة في المناطق المحيطة بنفس اللون. هذه هي الخطوات الحاسمة لتطرف SERS المراقبة.
وتناقش هنا، المسائل التي تتطلب اهتماما لتحليل القانون السلطة. أولاً، يؤثر على عتبة لتعريف الأحداث مشرقة ومظلمة تحليل وامض. عندما يتم زيادة العتبة، بقوة القانون الدعاة واقتطاع مرات تميل إلى زيادة كذلك4،،من59. عند الدعاة (αعلى و αقبالة) واقتطاع الأوقات يحمل اتجاهات مختلفة، يمكن اكتشاف تبعية SERS وامض. ثانيا، يمثل أصغر قوة القانون الأس المنحدر انحدارا من الخط الذي يمنحها القانون السلطة في الرسم البياني اللوغاريتم اللوغاريتم، تمثل احتمال أقل لمدة طويلة لأن الحدث مشرقة أو مظلمة7. لأنه لا يمكن متابعة الأحداث المشرقة لمدد طويلة، يتم رسم نقاط أقل في أحداث مشرقة في الرسم البياني مما عليه للأحداث التي وقعت في الظلام. ثم، αعلى القيم تميل إلى أن تكون أصغر من αقبالة، قيم7، خلافا لتطرف من QD واحد (αقبالة = αعلى =-1.5)18. الثالث، الدعاة فقط تصبح أكبر قليلاً من-110، نظراً لتوزيع الاحتمال الذي ترد عليه:
,
الذين البسط في المدى الأوسط (المستمدة من بروتوكول 3.2.5؛ انظر السطر الثالث من الجدول 2) يميل إلى الانخفاض في فترات أطول من t, لأن حتى عدد الأحداث مشرقة ومظلمة لمدد أطول يميل إلى أن انخفض بالحقيقة أن الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي ولا يكاد البقاء في الدولة غير انبعاثاتها أو الدولة (تقاطع نانواجريجاتي) لفترة طويلة من الزمن، كما ورد في السطر الثاني من الجدول 2. سلطة القانون الأس α =-1.5 أو-1، يمكن أن يستمد من حقيقة أن الجزيء عشوائياً يمشي على واحدة السطح الفضة-أو الإحداثيات، على التوالي4،5،18. وفي المقابل، هو تقصير الوقت اقتطاع أسرع المشي العشوائي الجزيئية و/أو حاجز الطاقة أعلى من غير انبعاثاتها للدولة4،،من519. ومن الملاحظ أن النسب المئوية لإحداث توزيع الاحتمالات التي لا يمكن استنساخها بقانون طاقة مع دالة آسيه هي البيانات الهامة9،10، نظراً لعدم الإنجاب تنبع من فترة طويلة جداً مرات الاقتطاع.
في السابق دراسات12،،من1314، كما استخدمت الدالة ترابط تلقائي لتطرف SERS. ترابط تلقائي وظيفة، التي استخدمت للأسفار ارتباط التحليل الطيفي، تمثل معاملات نشر وتجمعات من جزيئات الفلورسنت تتحرك داخل وخارج21،مجال تركيز22. ومع ذلك، لتطرف SERS، يمكن استنساخها أي وظيفة بسيطة وظيفة ترابط تلقائي14. وهذا يوحي بعملية معقدة لتطرف SERS، نظراً لأن وظيفة ترابط تلقائي يمكن تحديد بعض تواترها. في آخر التحليل الكمي، مستمدة من ملف تعريف وقت إشارة15درجة انحراف المعياري تم تسويتها. درجة كبيرة أشارت إلى عدم الاستقرار في الكثافة الإجمالية. قد تكون هذه النهج تحليل مناسب لسلوك جزيئات قليلة، بدلاً من سلوك جزيء واحد. وعلاوة على ذلك، استخدمت متوسط المدد للأحداث المشرقة لتحليل تطرف SERS4،14. وهذه يمكن أن تكشف عن سلوك الجزيء في حقل م المحسن، مماثلة لتصوير فائقة القرار SERS16. ومع ذلك، يمكن لا تستمد المتوسطات لإحداث الظلام؛ إلا وهي مجموع مدد الظلام SERS الأحداث من فضة واحد نانواجريجاتيس كانت انخفضت بزيادة في العدد من المناسبات4، بينما زادت المدة الإجمالية لمشرق SERS الأحداث. ولذلك، يمكن التحقيق فيها سوى سلوك مشرق SERS الأحداث الجزيئية بهذه التقنيات. باستخدام قوة قانون تحليل، من ناحية أخرى، سلوك الجزيئية للدولة الظلام (أي على سطح الفضة، باستثناء الوصلات من الفضة نانواجريجاتيس) يمكن تقديرها من حيث قوة القانون الأس αقبالة واقتطاع الوقت10 . وهذا اختلاف كبير من التقنيات السابقة.
للتأكد من أن تطرف هو فعل SERS، تقاس الطيف من نانواجريجاتي الفضة في المركز من وجهة نظر من خلال ثقب صغير، كما هو مبين في الشكل S3 في المواد التكميلية. ومع ذلك، فإنه لا يقاس من جميع وامض البقع7،،من89،،من1011. بولي-L-يسين11، يعزى وامض في مجال الطول موجي طويل لا SERS، بل fluorescence السطح المحسن، الذي ينشأ أيضا في تعزيز مجالات م مثل SERS. علاوة على ذلك، فمن المثير للجدل للاتصال الأطياف تقلبت مع تطرف. هذا وجود قيود على هذا الأسلوب.
امض SERS في المستقبل، يجب أن يتم تحليل فيما يتعلق بكل من الذروة. فتحليل القانون السلطة ينبغي أن يكون جنبا إلى جنب مع التصوير الطيفي. باستخدام ثنائية أكثر تقنية17، الذي يلاحظ التوقيعات الذبذبات الفريدة من تحليلها مختلطة، وقد أكد أصل SERS جزيء واحد. ومع ذلك، السلوك الجزيئي لا كثيرا التحقيق بسبب القرار وقت. في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف سلوك مختلف لكل أصل من حيث الزمن الاقتطاع، بمراقبة كل من البقع وامض من خلال كل مرشح بصري و تحليل القانون السلطة11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس له علاقة بالكشف عن صاحب البلاغ.
Acknowledgments
بفضل المؤلف الأستاذ يوسف اوزاكي (جامعة Kwansei Gakuin) والدكتور ت. إيتو (المعهد الوطني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا) لمناقشة مثمرة لهذا العمل. وأيد هذا العمل كاكينهي (معونات ج البحوث العلمية) من وزارة التربية والتعليم، والثقافة والرياضة، والعلوم والتكنولوجيا (رقم 16 ك 05671).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Wiley. Chichester. Chapter 6 (2014).
- Kitahama, Y. Truncated Power Law Analysis of Blinking SERS. Frontiers of Plasmon Enhanced Spectroscopy Volume 1 (ACS Symposium series Vol. 1245). , American Chemical Society. Washington DC. Chapter 4 (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. Biochemistry. 41, 697-705 (2002).
