Markierungsfreie, oberflächenverstärkte Raman-Streu-Bioanalyse auf Basis von Au@Carbon-Punkt-Nanosonden

Zusammenfassung

In dieser Studie haben wir eine kostengünstige oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS)-basierte Fingerabdruck-Nanosonde mit günstiger Biokompatibilität entwickelt, um markierungsfreies Lebendzell-Bioimaging zu zeigen und zwei Bakterienstämme zu detektieren, wobei im Detail gezeigt wird, wie man SERS-Spektren von lebenden Zellen mit einer zerstörungsfreien Methode erhält.

Zusammenfassung

Die Technologie der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) hat im biomedizinischen Bereich aufgrund ihrer Fähigkeit, molekulare Fingerabdruckinformationen biologischer Proben zu liefern, sowie ihres Potenzials in der Einzelzellanalyse immer mehr Aufmerksamkeit erregt. Ziel dieser Arbeit ist es, eine einfache Strategie für die markierungsfreie SERS-Bioanalyse auf Basis von Au@carbon-Punkt-Nanosonden (Au@CDs) zu entwickeln. Hier werden aus Polyphenolen gewonnene CDs als Reduktionsmittel verwendet, um Kern-Schale- Au@CD Nanostrukturen schnell zu synthetisieren, was aufgrund des kooperativen Raman-Verstärkungsmechanismus eine leistungsstarke SERS-Leistung ermöglicht, selbst wenn die Konzentration von Methylenblau (MB) nur ^10-9 M beträgt. Für die Bioanalytik kann Au@CDs als einzigartiger SERS-Nanosensor dienen, um die zellulären Bestandteile von Bioproben (z. B. Krebszellen und Bakterien) zu identifizieren. Die molekularen Fingerabdrücke verschiedener Spezies können nach Kombination mit der Hauptkomponentenanalyse weiter unterschieden werden. Darüber hinaus ermöglichen Au@CDs auch eine markierungsfreie SERS-Bildgebung zur Analyse intrazellulärer Zusammensetzungsprofile. Diese Strategie bietet eine praktikable, markierungsfreie SERS-Bioanalyse und eröffnet damit eine neue Perspektive für die Nanodiagnostik.

Einleitung

Die Einzelzellanalyse ist unerlässlich, um die zelluläre Heterogenität aufzudecken und den Gesamtzustand der Zelle zu beurteilen. Die unmittelbare Reaktion der Zelle auf die Mikroumgebung rechtfertigt ebenfalls eine Einzelzellanalyse¹. Es gibt jedoch einige Einschränkungen bei den aktuellen Techniken. Die Fluoreszenzdetektion kann auf die Einzelzellanalyse angewendet werden, ist jedoch durch die geringe Empfindlichkeit eingeschränkt. Weitere Herausforderungen ergeben sich aus dem komplizierten Fluoreszenzhintergrund der Zellen und der Fluoreszenz-Photobleichung unter Langzeitbestrahlung². Die oberflächenverstärkte Raman-....

Protokoll

1. Herstellung von Au@CDs

HINWEIS: Abbildung 1 zeigt ein Herstellungsverfahren für Au@CDs.

1. Herstellung der CD-Lösung unter Verwendung von Zitronensäure (CA) und Gallussäure (GA) durch ein typisches hydrothermales Behandlungsverfahren¹⁸. 100 μl 3,0 mg ml-1 der hergestellten ^CD-Lösung werden in 200 μl 10 mM Chlorsäure (HAuCl₄) (siehe Materialtabelle) bei Raumtemperatur 10 s lang zugegeben, bis eine violette Suspension entsteht.
2. Zentrifugieren Sie die violette Suspension bei 4.000 × g für 10 min be....

Diskussion

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Au@CDs mit einer ultradünnen CD-Hülle von 2,1 nm erfolgreich hergestellt wurden. Die Nanokomposite zeigen eine überlegene SERS-Empfindlichkeit als reine Au-NPs. Außerdem verfügen Au@CDs über eine hervorragende Leistung in Bezug auf Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität. Weitere Forschungsarbeiten umfassen die Verwendung von Au@CDs als Substrate zur Durchführung von SERS-Bildgebung von A549-Zellen³¹ und zum Nachweis von zwei Bakterienstämmen

Materialien

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