The authors would like to thank: David Wishart, Valentyna Semenchenko, Mark McDermott, Michael Woodside, and Albert Cao for their help in developing and preparing the protein conjugates as well as the DNA aptamer; T. M. Fahim Amin, Mosa Sharmin Aktar, and Trevor Olsen for their assistance in the sample preparation, Jonathan Mane for his assistance in generating images of the molecular structures; and the funding sources including the National Research Council of Canada &#8211; National Institute for Nanotechnology (NRC-NINT), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), and the University of Alberta for supporting the work.

1. الركيزة التحضير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام منشار تقطيع أشباه الموصلات لقطع السيليكا تنصهر (FS) ويفر إلى 1 سم × 1 سم أو النرد أصغر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات النظيفة في حل سمكة البيرانا (H 2 SO 4: H 2 O 2، 3: 1؛ تنبيه: مؤكسد قوي) حمام 28 لمدة 15 دقيقة، ثم يشطف النرد في الماء منزوع الأيونات وجاف في النيتروجين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينات على موقد مواجهة على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. تبريد عينات بعد إزالة من موقد لRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للرسوم والنماذج 1 و 3، انتقل إلى الخطوة 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتصميم 2، ضع عينة في التبخر غرفة شعاع الالكترون ومعطف مع طبقة 10 نانومتر من النيكل. </li></ol> 2. تلفيق أقنعة PMMA نانو نمط باستخدام شعاع الالكترون الطباعة الحجرية (EBL) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف PMMA مقاومة وطبقات الموصلة على ركائز. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الدوار رقاقة مع تشاك فراغ والعينات مكان فردي في المركز على تشاك. مكان1 قطرة من polymethylmethacrylate (PMMA) يقاوم على مركز من العينات باستخدام ماصة الزجاج وتدور في 3،500 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية مع الوقت منحدر 2 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز ركائز عند 180 درجة مئوية لمدة 3-5 دقيقة. بعد الخبز ركائز، تبريد عينات لRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مع تبريد ركائز وعاد إلى تشاك الدوار، وانتشار قطرة من البوليمر موصل على الركيزة. تدور الركيزة لمدة 40 ثانية في 3،000 دورة في الدقيقة مع الوقت منحدر 2 ثانية. عينات الخبز في 80 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء التعرض EBL وفقا للإجراء 16،17،18،29 المعيار. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام تعليمات الشركة الصانعة، وإعداد وتصميم التعرض توظيف جرعات الميزة من الجدول رقم 1 مع أصغر حجم ممكن خطوة شعاع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل العينة في غرفة الطباعة الحجرية شعاع الالكترون. إذا لم يكن لدى النظام EBL autofocusing، استخدم خدش صغير بعيدا عن حيث هذا النمط غير أن تتعرض وبعيدا عن حافة حبة لالتركيزجي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام تعليمات الشركة الصانعة، نفذ المطلوب التركيز وتصحيح الاستجماتيزم وكذلك الكتابة محاذاة الحقل حسب الاقتضاء، وفضح العينة. للسماح لملف التعريف التعرض السليم وأفضل نوعية نمط، واستخدام 30 كيلو الطاقة شعاع الالكترون و 7.5 ميكرومتر الفتحة التعرض لل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة البوليمر موصل وتطوير نماذج عرضة للخطر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد كوب مع منزوع الأيونات (DI) الماء لإزالة البوليمر موصل ودورق الثاني مع خليط المطور (IPA: H 2 O، 7: 3)، ويقلب لمدة 5 دقائق على RT. إعداد الأيزوبروبانول (عالية النقاء) في كوب الثالث كعامل شطف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الملقط، وضع العينات في الماء لمدة 3 ثانية لإزالة فيلم البوليمر موصل، ثم ضع العينة إلى المطور ونقل ملاقط ببطء صعودا وهبوطا لمدة 20 ثانية. نقل على الفور ركائز إلى الأيزوبروبانول وشطف لمدة 10 المزيد من الثواني، ثم تجف العينة مع النيتروجين. </li> &lt;/ OL&gt; </li></ol> 3. نوبل المعادن النانوية تلفيق <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل عينات رأسا على عقب في الإلكترون نظام شعاع المبخر للسماح للمعدن تبخرت لتودع على الوجه الأمامي للعينات. إيداع طبقة سميكة الاتحاد الافريقي 10 نانومتر على عينات للرسوم والنماذج 1 و 3، ونانومتر طبقة سميكة 10 حج للتصميم 2 بمعدل حوالي 0.1 نانومتر / ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شغل نظام صوتنة إلى الارتفاع الموصى به مع الماء وملء كوب منفصل مع الأسيتون. وضع الوجه عينة تصل في قاع الكأس والسماح للعينة لينقع لمدة 10 دقيقة. عقد الكأس، وضعه في حمام مائي والسماح للارتفاع من الأسيتون، لتتناسب مع ارتفاع المياه وتشغيل نظام صوتنة. السماح صوتنة لتحدث لمدة تصل إلى 60 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام نفس الإجراء كما هو مفصل في الخطوة 3.1، وإعداد موحدة والاتحاد الافريقي حج سادة ركائز عن ترسب 10 نانومتر الأفلام معدنية سميكة على FS (تصاميم 1 و 3) وFS ني المغلفة (تصميم 2) SUBSTRآتش تخطي الخطوة 2. </li></ol> 4. بيو functionalization من ركائز <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد تصميم 1 العينات: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل 1 ملم من 11 mercaptodecanoic حمض (MUA) في الإيثانول في RT. يصوتن لمدة 10 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج الركيزة ذات البنية النانومترية المناسبة في حل MUA لمدة 48 ساعة. شطف العينة مع الإيثانول ثلاث مرات وجافة لمدة 5 دقائق على RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل 75 ملم من N -ethyl- N &#39;- (3- (dimethylamino) بروبيل) carbodiimide (EDC) في الماء DI. يعد حل 15 ملم من N -hydroxysuccinimide (NHS) في الماء DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام وديعة ممص مكروى 100 ميكرولتر من NHS على الاتحاد الافريقي على الركيزة، وإضافة على الفور 100 ميكرولتر من EDC على نفس المنطقة. احتضان لمدة 1 دقيقة لتفعيل أحادي الطبقة الذاتي تجميعها (SAM) من MUA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع قطرة 100 ميكرولتر من البروتين حل (47 ميكرومتر) على نفس المنطقة من الركيزة وتخزين العينة لمدة 24 ساعة عند 5 درجات مئوية في بيتري د متعددة المقصورةإيش مع 1 مل من الماء DI في حجرة أخرى، مع وجود غطاء مغلق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينة في الماء DI 3 مرات من قبل التحريك المستمر العينات في أكواب منفصلة لمدة 20 ثانية في كل كوب. لا تدع عينات تجف بعد الشطف أو أثناء الشطف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انتقل إلى الخطوة 5. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد تصميم 2 عينات: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل 0.9 ملي الجلوكوز بروتين ملزمة (GBP) في المخزن فوسفات البوتاسيوم (K 2 هبو 4، 25 مم، ودرجة الحموضة 7.5). يعد حل 100 ملم من D-الجلوكوز في المخزن المؤقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج 30 ميكرولتر من 100 ملي حل D-الجلوكوز و 30 ميكرولتر من 0.9 ملي GBP الحل باستخدام 1 مل البلاستيك microtube الحاويات وممص مكروى. احتضان لمدة 30 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع 20 ميكرولتر من الحل GBP خالية من يجند وللGBP حل ملزمة يجند كل على ركائز مستعدة باستخدام micropipette. تخزين العينات في 5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة في طبق بيتري مع غطاء مغلق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينات 3 مرات فيالبوتاسيوم حل العازلة الفوسفات في RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انتقل إلى الخطوة 5. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد تصميم 3 عينات: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمييع الدوبامين أبتمر ملزمة (DBA) حل لتركيز 1 ميكرومتر باستخدام المخزن المؤقت TRIS EDTA مع الرقم الهيدروجيني النهائية من 7.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل الدوبامين إلى تركيز 5 ميكرومتر عن طريق قياس مسحوق الدوبامين على توازن التحليلي وخلطها في الفوسفات ومخزنة المالحة (PBS) مع حبة ضجة لمدة 5 دقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع بنسبة 20 ميكرولتر من الحل DBA على سطح كل ركيزة والسماح للعينات الجلوس لمدة 1 ساعة على RT مع غطاء على طبق بيتري. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينات 3 مرات في منطقة عازلة فوسفات البوتاسيوم (K 2 هبو 4، 25 مم، ودرجة الحموضة 7.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينات في وضع مستقيم على رأس الصف غرف الأبحاث مسح لتجف المؤخر مع الحفاظ على الفيلم على الجانب الأمامي من الركيزة. وضع العينة جانبا كمجموعة تحكم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع قطرة 5 ميكرولتر من محلول الدوبامين سن سطح قطرة الحالية من حل العازلة PBS على العينات المتبقية مع تركيز الدوبامين المطلوب. احتضان العينة لمدة 10 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع قطرة من حل الدوبامين على لوحة سطح الاتحاد الافريقي دون أبتمر. احتضان لمدة 10 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف العينات في حل العازلة فوسفات البوتاسيوم 3 مرات. </li></ol></li></ol> 5. رامان الطيفي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع كل عينة في غرفة واقية من الماء لتجنب التبخر عن التعرض ليزر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء حقنة بلاستيكية مع خامل كيميائيا الشحوم عالية الفراغ، وعينات مكان على الشرائح الزجاجية والاستغناء بضعة ملليمترات من الشحوم المحيطة العينات دون لمس العينات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع ساترة المجهر على أعلى من ركائز وبلطف اضغط لأسفل على شكل خاتم، وخلق واجهة السائل رقيقة بين ركائز ولل coverslips دون السماح المخزن المؤقت لتأتي في اتصال مع الشحوم فراغ. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدامبصري نظام المجهر رامان، الحصول على التركيز على سطح المنطقة نقوش نانو معدنية لأخذ عينات دون تحول على الليزر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء رامان أخذ العينات 18،19 مع كثافة الليزر بين 2،4-3،1 ميغاواط مع المدة الإجمالية أقل من 20 ثانية لمنع الأضرار التي لحقت عينة مع هدف 10X التكبير. الحصول على أطياف رامان لعينات من تصاميم 1، 2، و 3 باستخدام موجات الإثارة كما هو مبين في الجدول 1. اكتساب أيضا السيطرة أطياف رامان عن حلول للبروتين A، GBP، وD-الجلوكوز، ومسحوق الدوبامين توظيف الشرائح الزجاجية دون المعادن النانو كما تدعم للمقارنة. </li></ol>

<ol>
	<li>Sapsford, K. E., Tyner, K. M., Dair, B. J., Deschamps, J. R., Medlintz, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyzing+Nanomaterial+Bioconjugates:+A+Review+of+Current+and+Emerging+Purification+and+Characterization+Techniques.">Analyzing Nanomaterial Bioconjugates: A Review of Current and Emerging Purification and Characterization Techniques.</a> Anal. Chem. 83, 4453-4488 (2011).</li><li>Walcarius, A., Minteer, S. h. D., Wang, J., Yu, L., Merko&#231;i, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+for+Bio-Functionalized+Electrodes:+Recent+Trends.">Nanomaterials for Bio-Functionalized Electrodes: Recent Trends.</a> J. Mater. Chem. B. 1, 4878-4908 (2013).</li><li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications,+Techniques,+and+Microfluidic+Interfacing+for+Nanoscale+Biosensing.">Applications, Techniques, and Microfluidic Interfacing for Nanoscale Biosensing.</a> Microfluid. Nanofluid. 7, 149-167 (2009).</li><li>Rassaei, L., Singh, P. S., Lemay, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lithography-Based+Nanoelectrochemistry.">Lithography-Based Nanoelectrochemistry.</a> Anal. Chem. 83, 3974-3980 (2011).</li><li>Wong, L. S., Khan, F., Micklefield, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Covalent+Protein+Immobilization:+Strategies+and+Applications.">Selective Covalent Protein Immobilization: Strategies and Applications.</a> Chem. Rev. 109, 4025-4053 (2009).</li><li>Ley, C., Holtmann, D., Mangold, K. -. M., Schrader, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+Histidine-Tagged+Proteins+on+Electrodes.">Immobilization of Histidine-Tagged Proteins on Electrodes.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 88, 539-551 (2011).</li><li>Kim, D., Herr, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+Immobilization+Techniques+for+Microfluidic+Assays.">Protein Immobilization Techniques for Microfluidic Assays.</a> Biomicrofluidics. 7, 041501 (2013).</li><li>Anker, J. N., Hall, W. P., Lyandres, O., Shah, N. C., Xhao, J., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensing+with+Plasmonic+Nanosensors.">Biosensing with Plasmonic Nanosensors.</a> Nature Materials. 7, 442-453 (2008).</li><li>Bantz, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Progress+in+SERS+Biosensing.">Recent Progress in SERS Biosensing.</a> Phys.Chem. 13, 11551-11567 (2011).</li><li>Sharma, B., Frontiera, R. R., Henry, A. -. I., Ringe, E., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS:+Materials,+Applications,+and+the+Future.">SERS: Materials, Applications, and the Future.</a> Mater. Today. 15, 16-25 (2012).</li><li>Kleinman, S. L., Frontiera, R. R., Henry, A. -. I., Dieringer, J. A., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating,+Characterizing,+and+Controlling+Chemistry+with+SERS+Hot+Spots.">Creating, Characterizing, and Controlling Chemistry with SERS Hot Spots.</a> Phys.Chem.Chem.Phys. 15, 21-36 (2013).</li><li>Fan, M., Andrade, F. S., Brolo, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+on+the+Fabrication+of+Substrates+for+Surface+Enhanced+Raman+Spectroscopy+and+their+Applications+in+Analytical+Chemistry.">A Review on the Fabrication of Substrates for Surface Enhanced Raman Spectroscopy and their Applications in Analytical Chemistry.</a> Anal. Chim. Acta. 693, 7-25 (2011).</li><li>Cao, Y., Li, D., Jiang, F., Yang, Y., Zh, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+Metal+Nanostructure+for+SERS+Application.">Engineering Metal Nanostructure for SERS Application.</a> J. Nanomater. 123812, 1-12 (2013).</li><li>Glembocki, O., Rendell, R., Alexson, D., Prokes, S., Fu, A., Mastro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric-Substrate-Induced+Surface-Enhanced+Raman+Scattering.">Dielectric-Substrate-Induced Surface-Enhanced Raman Scattering.</a> Phys. Rev. B. 80, 085416 (2009).</li><li>Merlen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Enhanced+Spectroscopy+with+Gold+Nanostructures+on+Silicon+and+Glass+Substrates.">Surface Enhanced Spectroscopy with Gold Nanostructures on Silicon and Glass Substrates.</a> Surf. Sci. 605, 1214-1218 (2011).</li><li>Muhammad, M., Buswell, S. C., Dew, S. K., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopatterning+of+PMMA+on+Insulating+Surfaces+with+Various+Anticharging+Schemes+Using+30+keV+Electron+Beam+Lithography.">Nanopatterning of PMMA on Insulating Surfaces with Various Anticharging Schemes Using 30 keV Electron Beam Lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 29, 06F304 (2011).</li><li>Peters, R., Fito, T., Gutierrez-Rivera, L., Dew, S. K., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Multilayer+Systems+in+Electron+Beam+Lithography.">Study of Multilayer Systems in Electron Beam Lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 31, 06F407 (2013).</li><li>Gutierrez-Rivera, L., Peters, R., Dew, S., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+EBL+Fabricated+Nanostrucutred+Substrates+for+SERS+Detection+of+Protein+A+in+Aqueous+Solution.">Application of EBL Fabricated Nanostrucutred Substrates for SERS Detection of Protein A in Aqueous Solution.</a> J. Vac. Sci. Technol.B. 31, (2013).</li><li>Gutierrez-Rivera, L., Peters, R., Dew, S., Stepanova, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Enhanced+Raman+Spectroscopy+Detection+of+Protein-Ligand+Binding+Using+D-glucose+and+Glucose+Binding+Protein+on+Nanostructured+Plasmonic+Substrates.">Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Protein-Ligand Binding Using D-glucose and Glucose Binding Protein on Nanostructured Plasmonic Substrates.</a> , (2014).</li><li>Peters, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fabrication and Testing of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrates for the Detection of Biomolecules [MSc Thesis]. , (2014).</li><li>Gouda, H., Torigoe, H., Saito, A., Sato, M., Arata, Y., Shimada, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dmensional+Solution+Structure+of+the+B+Domain+of+Staphylococcal+Protein+A:+Comparisons+of+the+Solution+and+Crystal+Structures.">Three-Dmensional Solution Structure of the B Domain of Staphylococcal Protein A: Comparisons of the Solution and Crystal Structures.</a> Biochemistry. 31, 9665-9672 (1992).</li><li>Cuneo, M. J., Johnson, S. J., Beese, L. S., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Resolution+Structure+of+E.+Coli+Glucose/Galactose+Binding+Protein+Bound+with+Glucose.">High Resolution Structure of E. Coli Glucose/Galactose Binding Protein Bound with Glucose.</a> Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) Protein Data Bank. , (2009).</li><li>Humphrey, W., Dalke, A., Schulten, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VMD+-+Visual+Molecular+Dynamics.">VMD - Visual Molecular Dynamics.</a> J. Molec. Graphics. 14, 33-38 (1996).</li><li>Walsh, R., DeRosa, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retention+of+Function+in+the+DNA+Homolog+of+the+RNA+Dopamine+Aptamer.">Retention of Function in the DNA Homolog of the RNA Dopamine Aptamer.</a> Biochem. Biophys. Res. Comm. 388, 732-735 (2009).</li><li>Akitomi, J., Kato, S., Yoshida, Y., Horii, K., Furuich, M., Waga, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ValFold:+Program+for+the+Aptamer+Truncation+Process.">ValFold: Program for the Aptamer Truncation Process.</a> Biomed. Inf. 7, 38-40 (2011).</li><li>Han, K., Lee, Y., Kim, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PseudoViewer:+Automatic+Visualization+of+RNA+Pseudoknots.">PseudoViewer: Automatic Visualization of RNA Pseudoknots.</a> Bioinformatics. 18, S321-S327 (2002).</li><li>Dwyer, M. A., Hellinga, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periplasmic+Binding+Proteins:+a+Versatile+Superfamily+for+Protein+Engineering.">Periplasmic Binding Proteins: a Versatile Superfamily for Protein Engineering.</a> Curr. Opin. Struct. Biol. 14, 495-504 (2004).</li><li>Benson, D. E., Conrad, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Bioelectronic+Interfaces+by+Exploiting+Hinge-Bending+Motions+in+Proteins.">Design of Bioelectronic Interfaces by Exploiting Hinge-Bending Motions in Proteins.</a> Science. 293, 1641-1644 (2001).</li><li>Bozic, S., Chorzempa, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pirahna Cleaning. , (2011).</li><li>Mohammad, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raith+150TWO+SOP.">Raith 150TWO SOP.</a> , (2011).</li><li>Schmidt, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+Atomic+and+Molecular+Electronic+Structure+System.">General Atomic and Molecular Electronic Structure System.</a> J. Comput. Chem. 14, 1347-1363 (1993).</li><li>Bode, B. M., Gordon, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MacMolPlt:+a+Graphical+User+Interface+for+GAMESS.">MacMolPlt: a Graphical User Interface for GAMESS.</a> J. of Mol. Graph. Mod. 16, 133-138 (1998).</li><li>Bright, A., Devi, T. S. R., Gunasekaran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopical+Vibrational+Band+Assignment+and+Qualitative+Analysis+of+Biomedical+Compounds+with+Cardiovascular+Activity.">Spectroscopical Vibrational Band Assignment and Qualitative Analysis of Biomedical Compounds with Cardiovascular Activity.</a> Int. J. Chem. Tech. Res. 2, 379-388 (2010).</li><li>Bandekar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amide+Modes+and+Protein+Conformation.">Amide Modes and Protein Conformation.</a> Biochim. Biophys. Acta. 1120, 123-243 (1992).</li><li>Barth, A., Zscherp, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+Vibrations+Tell+About+Proteins.">What Vibrations Tell About Proteins.</a> Quarterly Reviews of Biophysics. 35, 369-340 (2002).</li><li>Chrimes, A. F., Khoshmanesh, K. h., Stoddart, P. R. M. i. t. c. h. e. l. l. A., Kalantar-Zadeh, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+and+Raman+Microscopy:+Current+Applications+and+Future+Challenges.">Microfluidics and Raman Microscopy: Current Applications and Future Challenges.</a> Chem. Soc. Rev. 42, 5880-5906 (2013).</li><li>Park, S. -. K., Lee, N. -. S., Lee, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrational+Analysis+of+Dopamine+Neutral+Base+based+on+Density+Functional+Force+Field.">Vibrational Analysis of Dopamine Neutral Base based on Density Functional Force Field.</a> Bull.-Korean Chem. Soc. 21, 959-968 (2000).</li><li>Briand, E., Salmain, M., Comp&#232;re, C., Pradier, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+Protein+A+on+SAMs+for+the+elaboration+of+immunosensors.">Immobilization of Protein A on SAMs for the elaboration of immunosensors.</a> Coll. Surf. B: Biointerfaces. 53, 215-224 (2006).</li><li>Lakowicz, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiative+decay+engineering:+2.+Effects+of+Silver+Island+Films+on+Fluorescence+Intensity,+Lifetimes,+and+Resonance+Energy+Transfer.">Radiative decay engineering: 2. Effects of Silver Island Films on Fluorescence Intensity, Lifetimes, and Resonance Energy Transfer.</a> Analytical biochemistry. 301, 261-277 (2002).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

تكتسب SERS اعتراف باعتبارها تقنية قوية للغاية في الكشف عن الحيوية التي تقدم العديد من المزايا الفريدة. العلاقة مع الاهتزازات الجزيئية تسمح بتحديد انتقائي &quot;بصمات الأصابع&quot; في التحاليل محددة من SERS الأطياف، في حين أن حساسية عالية للغاية يجعل من الممكن الكشف عن كميات صغيرة جدا من الحليلة 9،10،11،35. وعلاوة على ذلك، SERS هو أسلوب غير تدميري وهذا هو أيضا غير حساس نسبيا على المياه، وبالتالي هي مناسبة بشكل جيد للغاية لأنها تحقق المواد البيولوجية في بيئتها الطبيعية المائية 9. النتائج المقدمة تؤكد هذه المزايا فضلا عن مزيد من تثبت إمكانات قوية من SERS باعتباره مرنة جدا تقنية خالية من التسمية من الكشف الحيوي. في ثلاثة تصاميم توظيف الطبقات الوحيدة من مختلف الجزيئات الحيوية-يجمد الركيزة، تم الكشف عن وسائط رامان يمكن أن تعزى بثقة إلى التحاليل معينة. أن الكشف عن هذه الجزيئات الحيوية، سص بروابط كل منها، وقد أثبتت توظيف الأسطح المستوية من السيليكا تنصهر مثل دعم ركائز SERS، ويجعل من التصاميم متوافقة مع الالكترونيات الحالية والإعدادات على microfluidics، واعدا العديد من التطبيقات في العلاقة مع البنى الحيوية الإلكترونية تفاعل المواد البيولوجية مع أسطح الإلكترونية الناشئة وأجهزة كهربائية 2،3. الأهم من ذلك، في اثنين من ثلاثة تصاميم وقد تجلى الكشف عن SERS ملزمة محددة من جزيئات صغيرة مثل الجلوكوز والدوبامين، وتوظيف الطبقات الوحيدة من البروتين يجمد السطح وأبتمر، على التوالي، حيث أن عناصر الاعتراف. ومع ذلك، ينبغي أن تؤخذ عدة جوانب رعاية من أجل تحقيق كفاءة SERS الحيوي الكشف في الإعداد &quot;على رقاقة&quot;. أولا وقبل كل شيء، تحديا المعروفة التي هو شائع لمعظم الجزيئات الحيوية هو ميلها أن تتحلل، خاصة عندما تتعرض لظروف غير طبيعية مثل ENVI الجافةاجلنوبية أو ضوء الليزر مكثفة. في جميع أنحاء بروتوكول، أكدنا على أهمية دائما الحفاظ على العينات البيولوجية بين functionalized منغمسين في الحلول المناسبة أثناء التجربة بأكملها، من إعداد العينات إلى اقتناء أطياف رامان. لهذا الأخير، وقد تم تصميم غرفة واقية من المياه المخصصة (الشكل 7) لتجنب التبخر من السائل خلال التعرض ليزر. مدة التعرض وكثافة الليزر وينبغي أيضا أن يقتصر كما هو موضح في الخطوة 5.3 من البروتوكول لتجنب الضرر من العينات. تم العثور على نتائج الكشف SERS حساسية للهندسة الركيزة العاملين، وخاصة الفصل بين سمة من سمات النانو المعدنية. كما يستنتج من أرقام 8 و 9، وشدة SERS من تصميم 1 عينات تعتمد بقوة على عرض الفجوات بين الاتحاد الافريقي نانو النقاط على السيليكا تنصهر فيها. من أصل ثلاثة صفائف nanodots الاتحاد الافريقي اختبار طن هذا التصميم (الشكل 8)، ويتحقق أعلى كثافة رامان مع صفيف الأول، الذي لديه أضيق الفجوات بين ملامح الاتحاد الافريقي وبالتالي فإنه يوفر أكثر كفاءة تعزيز المجال الكهرومغناطيسي. كما يوضح الشكل 9، مطلوب السيطرة على فصل بين ميزة على مستوى 10-20 نانومتر أو أقل. توظيف EBL لافتعال ركائز SERS، كما هو موضح هنا، يوفر قرار كفاءة خصيصا للسيطرة على الاعراض من الفجوات بين الميزة. مع EBL إيجابية لهجة مقاومة مثل PMMA، وحجم الثقوب في أقنعة PMMA يمكن أن تختلف ببساطة عن طريق تغيير جرعات التعرض. بعد الإقلاع هذه النتائج في أحجام مختلفة من النقاط المعدنية المصنعة، ويمكن ضبطها عرض الفجوات بين النقاط على النحو المرغوب فيه عن طريق تحديد التعرض EBL السليم جرعات 18. التحدي الآخر هو الأمثل للهندسة SERS الركيزة لتطبيق محدد للكشف الحيوي. على الرغم من أن تأثير ط تعزيزncreases مع انخفاض الفجوات بين ميزة، وحجم كبير نسبيا من الجزيئات البيولوجية يفرض قيودا على مدى ضيق قد تكون الثغرات. وهذا واضح من نتائج لتصميم 2، حيث طريقة تجميد هو من النوع الذي يربط البروتين بكفاءة إلا إلى السطح بين النقاط المعادن النبيلة، ولكن ليس على النقاط نفسها (انظر الشكل 3B). كما يستنتج من الشكل 10، أطياف SERS لمنصات حج غير منظم لا تظهر أي فرق من الحليلة. على الرغم من أن منصات المعرض بنية النانو بلورية مع وجود ثغرات بين الجزر رقيقة جدا (انظر الشكل 6F) هذه الفجوات ضيقة جدا لاستيعاب جزيء البروتين. بعدا آخر من التعقيد يضاف عندما يكون البروتين يجند ملزم ليتم الكشف. في الشكل 10، والعصابات SERS CH هي أكثر وضوحا في أطياف محددة من يجند GBP مما كانت عليه في واحدة خالية من يجند، الذي قد يفسر نظريا عن تغيير في التشكل GBPعلى ربط D-الجلوكوز 2 7،27، مما أدى إلى هيكل أكثر جامدة مع زيادة النشاط رامان. إذا كان أحد يقارن بين ركائز ذات البنية النانومترية، والفرقة CH من البروتين الخالية من يجند هو أقوى في أطياف SERS تم الحصول عليها مع الركيزة نانو النقاط، في حين أن كل من البروتين والجلوكوز CH العصابات من البروتين ملزمة يجند أكثر وضوحا مع نانو السداسي الركيزة. ويتوقع أن تؤدي هذه الاختلافات في اثنين من العوامل، وتوافر الفضاء بين حج يتميز حيث يمكن للGBP ربط ني، وقابلية البروتين الخالية من ملزمة يجند ويجند في تعزيز الكهرومغناطيسي للرامان نثر في &quot;النقاط الساخنة&quot; بين هذه الميزات. من جهة، ونمط نانو النقاط يوفر مساحة أكبر نسبيا بين ميزة حيث ني الطلاء هو متاح للبروتين لربط، وهو ما قد يفسر أكثر وضوحا CH الفرقة لاحظ لGBP خالية من الجلوكوز في حج نانو النقاط الركيزة. من ناحية أخرى، وذلك بسبب struc من غير موحدة<html> البنية (انظر الشكل 6D)، حج نانو السداسي قد تكون عرضة لإظهار تعزيز الكهرومغناطيسي أقوى في تضييق الفجوات بين الجزر داخل حج نانو السداسي مما أدى إلى العصابات أقوى CH الاهتزاز من GBP محددة الجلوكوز على الركيزة نانو السداسي. بعض تفاصيل هذا التفاعل تتطلب مزيدا من التحقق، والاستفادة المثلى من ركائز SERS للالتحاليل المعقدة التي تنطوي على البروتينات الكبيرة مثل GBP لا يزال في طور الإعداد. بوضوح، والكشف عن SERS من يجند ملزمة بتوظيف الجزيئات الحيوية يجمد كعنصر الاعتراف ومما يسهل فقط عندما يجند هو رامان نشط في المنطقة المحددة، في حين أن المكونات الأخرى ليست كذلك. هذا هو الحال بالنسبة للتصميم 3، حيث يتم الحصول على SERS وضوحا عصابات محددة أبتمر الدوبامين (الشكل 11). الزوج أبتمر-الدوبامين المعارض خصوصية ممتازة ويضم الطيف SERS العصابات وضوحا دون أي إشارة الخلفية كبيرة. &gt; مسبقا المستقبل للتكنولوجيا SERS التسمية رسوم ستشمل الاختبارات واسعة من SERS تعزيز إشارة الجزيئات الحيوية &#39;مع مجموعة واسعة من مختلف التصاميم البنية النانوية السطحية. استخدام الكتابة المباشر شعاع الالكترون الطباعة الحجرية إلى افتعال مختلف النانو مع مستوى رائع من السيطرة على الحجم والشكل، وبين ميزة الفصل، جنبا إلى جنب مع بروتوكولات إعداد العينات المعروضة هنا، من شأنه أن يسهل المقارنة وعبر المصادقة على النتائج التي تم الحصول عليها من قبل مجموعات بحثية مختلفة. وهذا من شأنه مواجهة التحدي الرئيسي لاستنساخ عندما يتم ملفقة SERS ركائز توظيف بديل &quot;أسفل إلى أعلى&quot; أساليب 11،12،13، والسماح لتحسين السيطرة على حجم البنية النانوية المعدنية وموقفها تجاه تحديد موثوق للتصميم الأمثل الركيزة لمجموعة متنوعة واسعة من التطبيقات. قابلية هذه التقنيات قد تحسنت لاحقا من خلال الجمع بين EBL مع أساليب طباعة حجرية نانوية التكميلية مثل نانوالطباعة الحجرية بصمة نحو 19 في المستقبل الانتاج الكبير للتصاميم النانومترية الحجم الأمثل توظيف التقنيات EBL الانضباطي.

قدرات لتطوير وتميز أنظمة نانو البيولوجي المكورات التواصل النانو الصلبة والبوليمرات البيولوجية أصبحت ذات أهمية متزايدة لمزيد من التقدم في الجيل القادم والحيوية والاستشعار عن بعد والحيوي يشتغل التقنيات 1،2. وهذا ينطوي على دراسات متعددة التخصصات في عدد من المجالات البحثية، مثل تصنيع المكونات ذات الصلة الحالة الصلبة (الأقطاب الكهربائية الدقيقة أو النانوية، والطلاء الهندسة نانو، أسلاك، أو الجسيمات النانوية) 2،3،4. تجميد الجزيئات الحيوية على السطوح لخلق bioconjugates المرجوة 5،6،7. ومراقبة نانو البيولوجي واجهات 1. في معظم الحالات، واختيار من تلفيق الأمثل، والحيوية functionalization، وأساليب توصيف هي بقوة بين ذات الصلة. بوضوح، واختيار تقنيات nanofabrication سوف تكون مدفوعة من قبل متطلبات المكونات الصلبة للنظام، كونها تعتمد إلى حد كبير على طريقة الكشف، والتي تويتم تحديد آر من طبيعة البوليمرات الحيوية المعنية والغرض من مراقبة واجهة. من مجموعة واسعة من التقنيات المستخدمة لتوصيف أنظمة bioconjugate 1،3، سطح تعزيز رامان الطيفي (SERS) برز كأسلوب واعد للغاية للكشف عن الأنواع الكيميائية والبيولوجية على الأسطح 8،9،10،11. SERS توظف نثر غير مرن للضوء أحادي اللون بواسطة الجزيئات الحيوية-يجمد السطح (الشكل 1) السماح للأسر التوقيعات فريدة الموافق الاهتزازات الجزيئية. هذه القدرة على التمييز بين جزيئات مختلفة دون إشراك التسميات، والكيمياء المعقدة، أو الخطوات تستغرق وقتا طويلا، يجعل SERS طريقة يحتمل أن تكون فعالة جدا في الكشف عن الحيوية. وثمة ميزة أخرى مهمة من SERS هي الحساسية العالية. الإثارة من البلازمونات السطحية المحلية التي كتبها ضوء التفاعل مع النانو المعادن النبيلة (ركائز SERS) يزيد بشكل كبير من كثافة العملياتensity من رامان نثر من قبل الحليلة، والسماح للكشف عن كميات صغيرة جدا من الجزيئات، من الطبقات الوحيدة وصولا الى حد جزيء واحد 8،9،10،11. وأخيرا، فإن معظم الجزيئات الحيوية تتطلب المحاليل المائية لتكون مستقرة. لأن الماء في كثير من الأحيان والنشاط رامان محدود، والتقليل إشارة الخلفية من عينات المائية 9. وقد عرضت تطبيقات SERS زيادة هائلة خلال العقد الماضي (10). ومع ذلك، فإن التحدي نوقش كثيرا من SERS هو أن تعزيز الكهرومغناطيسي من رامان نثر يعتمد بشكل كبير على الحجم والشكل، والمباعدة بين الولادات النانو المعدنية حيث يتم بفعل موجات plasmonic 11،12،13. من أجل تحقيق قياسات SERS فعالة وقابلة للتكرار، والسيطرة على مطلوب هندسة الركيزة في أبعاد النانو. <img alt="الشكل (1)" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig1.jpg" /> الشكل 1. بكالوريوسالهيم من سطح تعزيز رامان الطيفي. طرق عديدة تستخدم لصنع ركائز SERS 11،12،13 ويمكن تصنيف تقريبا إلى أسفل إلى أعلى ومن أعلى إلى أسفل الأساليب. طرق النوع الأول توظف مختلف عمليات التجميع الذاتي أو التركيب الكيميائي موجهة لإنتاج النانو. تناولت في كثير من الأحيان وتشمل الأمثلة تجميد الجسيمات النانوية monodisperse على دعامات صلبة 11،12،13، الحرارية، تفل، أو ترسب الكهروكيميائية من الأفلام المعادن الخشنة 11،12، ومختلف أساليب التركيب الكيميائي 13. على الرغم من أن هذه التقنيات تميل إلى أن تكون بسيطة وغير مكلفة نسبيا، معظمهم تحدى بسبب عدم وجود السيطرة على موقع الهياكل، ومحدود استنساخ عينة إلى عينة. في المقابل، وتقنيات الطباعة الحجرية من أعلى إلى أسفل توظف أدوات تلاعب مثل حزم الجسيمات لخلق أنماط المطلوب على السطوح. واحدة من الأكثر استخداماأساليب طباعة حجرية نانوية، شعاع الالكترون الطباعة الحجرية (EBL)، ويوفر سيطرة رائعة على المظاهر تراجعت لأقل من 10 نانومتر، وأيضا المرونة للسماح للتصاميم الركيزة مختلفة على دعامات صلبة 11،12. في EBL، شعاع من الإلكترونات ركز صولا الى بقعة من بضعة نانومتر في بمسح قطر عبر سطح من مادة حساسة الإلكترون (مقاومة) مما تسبب في تغير كيميائي في المناطق المكشوفة. لهجة إيجابية تقاوم مثل polymethylmethacrylate (PMMA)، والإلكترون النتائج التعرض شعاع في انفصال من سلاسل البوليمر يؤلف مقاومة، مما يؤدي إلى زيادة القابلية للذوبان في المذيبات المناسب (المطور). وتشمل عملية شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية تدور طلاء طبقة موحدة للمقاومة على ركيزة. التعرض للمواد المستهدفة مقاومة في فراغ الغرفة مع شعاع الالكترون. والتنمية من العينة لإزالة المناطق القابلة للذوبان. الدعم عازلة تحت النانو المعدنية، مثل السيليكا تنصهر، لها بالتابعين تبين أن زيادة كبيرة في شدة في SERS نظرا لتوطين موجات plasmonic مقارنة مع غيرها من المواد مثل السيليكون 14،15. ومع ذلك الزخرفة EBL على ركائز عازلة، ولا سيما على المقياس النانوي، ينطوي على تحديات كبيرة بسبب تهمة تراكم أثناء التعرض. سابقا، لقد أظهرنا 16،17 أن هذه الصعوبات يمكن التغلب عليها عن طريق وضع طبقات البوليمر الموصلة فوق مقاومة الشكل 2 يوضح التخطيطي لعملية تلفيق الشاملة باستخدام التعرض EBL والتنمية تليها ترسب المعادن والاقلاع لإنتاج النانو المعدنية على تنصهر الدعم السيليكا. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig2.jpg" /> الشكل 2. مخطط هlectron شعاع الطباعة الحجرية، ترسب المعادن، وعملية الاقلاع الخطوات المستخدمة لتصنيع النانو المعدنية على ركائز عازلة 16-19. في هذه الورقة، نقدم سلسلة كاملة من الخطوات العملية التي تنطوي على SERS ركائز تلفيق من قبل EBL، الحيوية functionalization من ركائز، و جمع أطياف رامان. وتناول ثلاثة تصاميم استكشافها في أعمالنا الأخيرة 18،19 (انظر أرقام 3 و 4، والجدول 1). في التصميم 1، وثبتوا المؤتلف البروتين وعلى اساس بين functionalized الحيوي النانو الاتحاد الافريقي على دعم 18 من السيليكا تنصهر (FS)، وأظهر الكشف SERS من البروتين. في التصميم 2، المؤتلف ويجمد البروتين 21،26،27 مع وبدون يجند (D-الجلوكوز) ملزم الجلوكوز عن طريق علامات الحامض الاميني في فراغات بين النانو حج على FS ني المغلفة، وملزمة من الجلوكوز للبروتين تم الكشف. في تصميم 3، thiolated DN-ملزمة الدوبامينويجمد وأبتمر 19،23 على النانو الاتحاد الافريقي على FS، والربط الدوبامين التي كتبها أبتمر يجمد ويتجلى. بما في ذلك جميع الخطوات التجريبية ذات الصلة من إعداد الركيزة لاكتساب أطياف رامان، وممثل من الجزيئات الحيوية واستراتيجيات تجميد مختلفة، وهذه الأمثلة هي مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات، من أبحاث التنقيب استجواب واجهات نانو البيولوجي التي كتبها SERS في تطوير SERS أجهزة الاستشعار من الجزيئات الصغيرة التي توظف بروتين أو ملزمة كوسيلة من وسائل التعرف على أبتمر يجند. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig3.jpg" /> الشكل 3. مخططات ثلاثة تصاميم تمثيلية باستخدام الجزيئات الحيوية المختلفة، وطرق immobilizaنشوئها، والركيزة المواد: (A) البروتين وثبتوا على المعدن النبيل نانو النقاط بين functionalized من قبل أحادي الطبقة الذاتي تجميعها (SAM) من حمض 11 mercaptodecanoic (MUA) في الماء DI. (B) الموسومة الحامض الاميني الجلوكوز البروتين (GBP) ملزمة المعقد مع D-الجلوكوز ثبتوا على سطح الركيزة بين النبيلة المعادن نانو النقاط. (C) ثيول-إنهاء الدوبامين ملزمة أبتمر مع الانتهاء من الدوبامين (DBA) ثبتوا على المعادن النبيلة نانو النقاط. انظر مزيد من التفاصيل في الجدول 1. وفي تصميم 2 يتضح من لوحة (B)، تم إعداد عينة من دون يجند المقابلة أيضا للمقارنة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/52712/52712fig4.jpg" /> الشكل (4).الجزيئات الحيوية المستخدمة في ثلاثة تصاميم: (A) البروتين A؛ (B) الجلوكوز بروتين ملزمة وD-الجلوكوز. (C) الدوبامين أبتمر DNA والدوبامين ملزمة. الهياكل العالي البروتين في (أ) و (ب) وتتخذ من البروتين بنك المعلومات، PDB ID 1BDD 20 و 2HPH 21، على التوالي، وتعادل مع VMD لLINUXAMD64، الإصدار 1.9.1 22. ومن المتوقع هيكل الثانوي أبتمر في (ج) من تسلسل 23 باستخدام ValFold 24 البرمجيات وتعادل مع PseudoViewer 3.0 25. الرسائل G، A، T، C وتتوافق مع جوانين، الأدينين، الثيمين، والنيوكليوتيدات السيتوزين، على التوالي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52712/52712fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <table border="0" fo:keep-together.within-page="always" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td> تصميم 1 </td&gt; <td> تصميم 2 </td><td> تصميم 3 </td></tr><tr><td> البوليمر الحيوي </td><td> البروتين A </td><td> الجلوكوز بروتين ملزمة (GBP) </td><td> أبتمر ملزم الدوبامين (DBA) </td></tr><tr><td> غلاف </td><td> حمض 11 Mercaptoundecanoic (MUA) أحادي الطبقة الذاتي تجميعها (SAM) </td><td> علامات الحامض الاميني </td><td> linkers ثيول </td></tr><tr><td> يجند </td><td> لا شيء </td><td> D-الجلوكوز </td><td> الدوبامين </td></tr><tr><td> حل </td><td> منزوع الأيونات (DI) المياه </td><td> عازلة فوسفات البوتاسيوم </td><td> تريس (hydroxymethyl) aminomethane (تريس) وحمض ethylenediaminetetraacetic (EDTA) العازلة؛ الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) </td></tr><tr><td> الركيزة </td><td> هياكل الاتحاد الافريقي على FS </td><td> هياكل حج على ني المغلفة FS </td><td> هياكل الاتحاد الافريقي على FS </td></tr><tr><td> ع منقوشةعصام </td><td> 4 ميكرون × 10 ميكرون </td><td> 4 × 8 ميكرون ميكرون </td><td> 4 ميكرون × 10 ميكرون </td></tr><tr><td rowspan="3"> نمط </td><td rowspan="3"> النقاط الاتحاد الافريقي، 50 نانومتر الملعب </td><td> النقاط حج و 40 نانومتر الملعب </td><td> السداسي الاتحاد الافريقي، 200 نانومتر الملعب </td></tr><tr><td> السداسي حج و 200 نانومتر الملعب </td><td> الاتحاد الافريقي منصات غير منظم </td></tr><tr><td> حج منصات غير منظم </td><td></td></tr><tr><td rowspan="4"> جرعات التعرض EBL </td><td> النقاط: </td><td> النقاط: 105 μC / سم 2 </td><td rowspan="4"> السداسي: 180 μC / سم 2 </td></tr><tr><td> مجموعة I 120 μC / سم 2 </td><td> السداسي: 170 μC / سم 2 </td></tr><tr><td> مجموعة II 96 μC / سم 2 </td><td></td></tr><tr><td> مجموعة III 72μC / سم 2 </td><td></td></tr><tr><td> الليزر الطول الموجي الإثارة </td><td> 532 نانومتر </td><td> 532 نانومتر </td><td> 780 نانومتر </td></tr></tbody></table> الجدول 1. ثلاثة تصاميم أنظمة نانو البيولوجي.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>11-Mercaptoundecanoic acid (MUA)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaalrich.com">(www.sigmaalrich.com)</a></td>
			<td>450561&#160; ALDRICH</td>
			<td>Used for surface functionalization in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive polymer&#160;</td>
			<td>Mitsubishi Rayon 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.mrc.co.jp">&#160;(www.mrc.co.jp)</a></td>
			<td>aquaSAVE-57xs</td>
			<td>A 70 nm thick&#160; layer is used as anti-charging coating for EBL exposures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Ligand in Design 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopamine</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Ligand in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dopamine binding aptamer (DBA)</td>
			<td>Integrated DNA Technologies Inc. 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.idtdna.com">(www.idtdna.com)</a></td>
			<td>5&#39;- /Thiol Modifier C6 S-S/&#160;AAAAAAAAAA GTCTCTGTGT GCGCCAGAGA ACACTGGGGC AGATATGGGC CAGCACAGAA TGAGGCCC-3&#39;&#160;</td>
			<td>Biopolymer in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fused silica wafers</td>
			<td>Mark Optics 
			<a href="http://www.markoptics.com/">www.markoptics.com</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose binding protein (GBP)</td>
			<td>Collaborator Lab. 
			<a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/gi%7C145579532">(www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/gi|145579532)</a></td>
			<td>PDB ID 2HPH</td>
			<td>Biopolymer in Design 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High vacuum grease</td>
			<td>Dow Corning 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.dowcorning.com">(www.dowcorning.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used to seal water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide 30%, H2O2</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td></td>
			<td>Used for pirahna solution, step 1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-ethyl-N&#39;-(3-(dimethylamino) propyl) carbodiimide (EDC)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="http://www.sigmaaldrich.com/">www.sigmaaldrich.com</a></td>
			<td>03450 FLUKA</td>
			<td>Used for immobilization of biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Hydroxysuccinimide (NHS)</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaaldrich.com">(www.sigmaaldrich.com)</a></td>
			<td>130672 ALDRICH</td>
			<td>Used for immobilization of biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium phosphate buffer</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Buffer used in Raman sampling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered&#160;</td>
			<td>Collaborator Lab.</td>
			<td></td>
			<td>Solvent in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>saline (PBS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymethylmethacrylate (PMMA) 950 A2</td>
			<td>MicroChem&#160; 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.microchem.com">(www.microchem.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>A 90 nm thick layer is used as EBL positive tone resist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant protein A</td>
			<td>Protein Mods Inc 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.proteinmods.com">(www.proteinmods.com)</a></td>
			<td>PDB ID 1BDD 
			<a href="http://%28www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1bdd">(www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1bdd)</a></td>
			<td>Biopolymer in Design 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid 96%, H2SO4</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td></td>
			<td>Used for pirahna solution, step 1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(hydroxymethyl)aminomethane (TRIS) and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) buffer</td>
			<td>Sigma Aldrich 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.sigmaaldrich.com">(www.sigmaaldrich.com)</a></td>
			<td>T9285 SIGMA</td>
			<td>Buffer in Design 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dicing saw</td>
			<td>Diamond Touch Technology Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Used to cut FS wafer, step 1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>(17301 W Colfax Ave # 152, Golden, CO)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Kurt J. Lesker 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.lesker.com">(www.lesker.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used for Au and Ag evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Johnsen Ultravac (JUV) 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.ultrahivac.com">(www.ultrahivac.com)</a></td>
			<td>JuV E-gun</td>
			<td>Used for Ni evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope cover slips (25 mm)</td>
			<td>Fisher Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.fishersci.ca">(www.fishersci.ca)</a></td>
			<td>12-545-102</td>
			<td>Used in water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides (3&#215;1 in.)</td>
			<td>Fisher Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.fishersci.ca">(www.fishersci.ca)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used in water-proof chamber, step 5.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raith 150TWO EBL exposure system</td>
			<td>Raith Inc. 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.raith.com">(www.raith.com)</a></td>
			<td>Raith 150TWO&#160; system</td>
			<td>Used for EBL exposures, step 2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman microscope</td>
			<td>Thermo Scientific 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.thermoscientific.com">(www.thermoscientific.com)</a></td>
			<td>Nicolet Almega XR</td>
			<td>Used for Raman spectroscopy, step 5.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonicator system</td>
			<td>Branson 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.bransonic.com">(www.bransonic.com)</a></td>
			<td></td>
			<td>Used for liftoff and solutions mixing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinner</td>
			<td>Brewer Spinner and Hotplate 
			<a href="file:///C:/Documents%20and%20Settings/i/Local%20Settings/Temp/www.brewerscience.com">(www.brewerscience.com)</a></td>
			<td><a name="RANGE!C18">Cee 200X and Cee 1300X</a></td>
			<td>Used to spin-coat PMMA and conductive polymer, step 2.1&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surface enhanced raman spectroscopy detection of biomolecules using ebl fabricated nanostructured substrates

وتفيد التقارير تصنيع وتوصيف أنظمة نانو البيولوجي المكورات التواصل النانو المعدنية على دعامات متينة مع الجزيئات الحيوية يجمد. يتم وصف تسلسل كامل من الخطوات التجريبية ذات الصلة، التي تنطوي على تلفيق ركائز ذات البنية النانومترية باستخدام شعاع الالكترون الطباعة الحجرية، تجميد الجزيئات الحيوية على ركائز، وتوصيف لها استغلت سطح تعزيز رامان الطيفي (SERS). ويعمل ثلاثة تصاميم مختلفة من أنظمة نانو البيولوجي، بما في ذلك البروتين A، بروتين ملزمة الجلوكوز، وأبتمر DNA الدوبامين ملزمة. في الحالتين الأخيرتين، ربط بروابط منها، D-الجلوكوز والدوبامين، كما يتم تضمين. ويجمد ثلاثة أنواع من الجزيئات الحيوية على ركائز ذات البنية النانومترية بطرق مختلفة، ويتم الإبلاغ عن نتائج التصوير SERS. قدرات SERS للكشف عن وسائط الذبذبات من البروتينات يجمد السطح، وكذلك لالتقاط بروتين يجندوأظهر د أبتمر يجند ملزمة. النتائج أيضا توضيح تأثير هندسة البنية النانوية السطحية، والجزيئات الحيوية استراتيجية تجميد النشاط رامان من الجزيئات وجود أو عدم ويجند ملزمة للأطياف SERS المكتسبة.

Watch this Scientific Journal Video about Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates at JoVE.com

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

سطح تعزيز رامان الطيفي كشف الجزيئات الحيوية عن طريق EBL مصنعة ذات البنية النانومترية ركائز

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

surface-enhanced-raman-spectroscopy-detection-biomolecules-using-ebl

Research

JoVE Journal

Engineering

20.1K Views.  University of Alberta. We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated. 

Video: Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

إعداد والتفاعلية من Gasless ذات البنية النانومترية المواد الطاقوية

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

توصيف النانوية الحجم التوزيع باستخدام مطيافية رامان مع متعددة الجسيمات الطاقة الصوتية الحبس نموذج

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

الرنين رامان الطيفي من الأسلاك المتناهية الصغر المتطرفة ونظم 1D أخرى

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

وقياس الضغط متقلب السطحية باستخدام ميكروفون التحقيق عن بعد

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

الانبعاثات الطيفية الحدود التحقيق طبقة خلال صيغة الجر اختبار المواد في Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

استخدام الهدى النانوية لإزالة آثار طلقة الضوضاء في ثقوب الاتصال اختلقتها E-شعاع الطباعة الحجرية

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

المركبات ذات البنية النانومترية حج-الزيوليت كما مجسات الرطوبة أساس التلألؤ،

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكربون النموذجيه Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, which can facilitate electrical experiments in microfluidic devices. Janus particles are asymmetric particles that contain two different surface properties on their two sides. To prepare Janus particles, a monolayer of silica particles is prepared by a drying process. Gold (Au) is deposited on one side of each particle using a sputtering device. The fully coated metallic particles are completed after the second coating process. To analyze the electrical surface properties of Janus particles, alternating current (AC) electrokinetic measurements, such as dielectrophoresis (DEP) and electrorotation (EROT)- which require specifically designed electrode arrays in the experimental device- are performed. However, traditional methods to fabricate electrode arrays, such as the photolithographic technique, require a series of complicated procedures. Here, we introduce a flexible method to fabricate a designed electrode array. An indium tin oxide (ITO) glass is patterned by a fiber laser marking machine (1,064 nm, 20 W, 90 to 120 ns pulse-width, and 20 to 80 kHz pulse repetition frequency) to create a four-phase electrode array. To generate the four-phase electric field, the electrodes are connected to a 2-channel function generator and to two invertors. The phase shift between the adjacent electrodes is set at either 90&#176; (for EROT) or 180&#176; (for DEP). Representative results of AC electrokinetic measurements with a four-phase ITO electrode array are presented.

In this article, a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform AC electrokinetic property measurements with a rapidly fabricated indium tin oxide (ITO) electrode array is demonstrated.

إعداد جانوس الجسيمات والتناوب الحالي القياسات الكهرومغناطيسية مع انديوم أكسيد القصدير مصفوفة بسرعة القطب الكهربائي صفيف

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...