JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Процедура изготовления и выполнения фильтрующей поверхности на основе расширенной комбинационного спектроскопического (SERS) тест для определения химических загрязнителей (т.е. пестицид ferbam и ампициллин антибиотик) представлена.

Аннотация

We demonstrate a method to fabricate highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopic (SERS) substrates using a filter syringe system that can be applied to the detection of various chemical contaminants. Silver nanoparticles (Ag NPs) are synthesized via reduction of silver nitrate by sodium citrate. Then the NPs are aggregated by sodium chloride to form nanoclusters that could be trapped in the pores of the filter membrane. A syringe is connected to the filter holder, with a filter membrane inside. By loading the nanoclusters into the syringe and passing through the membrane, the liquid goes through the membrane but not the nanoclusters, forming a SERS-active membrane. When testing the analyte, the liquid sample is loaded into the syringe and flowed through the Ag NPs coated membrane. The analyte binds and concentrates on the Ag NPs coated membrane. Then the membrane is detached from the filter holder, air dried and measured by a Raman instrument. Here we present the study of the volume effect of Ag NPs and sample on the detection sensitivity as well as the detection of 10 ppb ferbam and 1 ppm ampicillin using the developed assay.

Введение

Поверхность усиливается спектроскопия комбинационного рассеяния (ГКР) представляет собой метод комбинирования спектроскопии комбинационного рассеяния с нанотехнологиями. Интенсивность комбинационного рассеяния аналитов в благородных металлических нано-поверхностей значительно усиливается локализованного поверхностного плазмонного резонанса. 1 Наночастицы серебра (Ag NPS) являются на сегодняшний день наиболее широко используются ГКР субстраты из-за его высокой способностью повышения. 2 До сих пор , были разработаны различные синтетические методы Ag наночастиц. 3-6 Ag наночастицы могут быть использованы по отдельности в качестве эффективных SERS подложками, или в сочетании с другими материалами и структурами, чтобы повысить его чувствительность и / или функциональность. 7-11

Методы SERS показали большой потенциал для обнаружения различных следовых количествах загрязняющих веществ в пище и образцах окружающей среды 12 Традиционно существует два распространенных способа для получения образца ГКР:.. Решение на основе и подложки на основе метода 13 мето решение на основеd использует NP коллоидов смешать с образцами. Затем NP-аналит собирали центрифугированием, и нанесении на твердом носителе для измерения комбинационного после сушки. Способ субстрат на основе обычно применяется путем нанесения нескольких микролитров жидкого образца на фабрично твердом субстрате. 14 Тем не менее, ни один из этих двух методов являются эффективными и применимыми для большого количества объема образца. Несколько модификации SERS анализах преодолели пределы объема, такие как интеграция фильтрующую систему 15-21 или вхождения микрожидком устройства. 21-24 Модифицированные анализы SERS показали большое повышение чувствительности и целесообразности для мониторинга химических загрязнителей в больших проб воды.

Здесь мы демонстрируем подробный протокол изготовления и применения метода ГКР, основанной шприц фильтр для обнаружения следовых количеств пестицидов и ferbam ампициллин антибиотикам.

протокол

1. наночастиц серебра Синтез 15

  1. Растворите 18 мг нитрата серебра в 100 мл сверхчистой воды (18,2 ΩU) и вихря в течение 5 сек.
  2. Растворите 27 мг дигидрата цитрата натрия в 1 мл воды и вихрь в течение 5 сек.
  3. Передача всего приготовленного раствора нитрата серебра в коническую колбу, содержащую стержень дл перемешивани и поставить колбу на магнитную горячей плите. Нагреть колбу при интенсивном перемешивании со скоростью перемешивания 700 оборотов в минуту при температуре ~ 350 ° С (температуры установки на плите).
  4. При кипячении, добавить все приготовленного раствора цитрата натрия в коническую колбу сразу, а оставить решение до кипения в течение дополнительного 25 мин, пока раствор не станет приобретать бурый, который указывает на формирование Ag наночастиц.
  5. Удалить колбу из горячей плите и поставить его на другой магнитной пластины (не нагреваются) и перемешать O / N с той же скоростью перемешивания при комнатной температуре, пока смесь не достигнет стабильного состояния, при постоянном цвете и Transparency. Используйте UV-VIS спектрометр для определения оптической плотности приготовленных Ag наночастиц при необходимости.
  6. Развести конечной смеси с сверхчистой водой до 100 мл.
  7. Используйте Zetasizer измерить размер Ag наночастиц при необходимости в соответствии с протоколом производителя.
  8. Перенести коллоид Ag чтобы герметичном контейнере и защитить его от света с алюминиевой фольгой. Коллоид может храниться в холодильнике при 4-7 ° С в течение 2-х месяцев, если это необходимо.

2. Изготовление в ГКР Активный мембранный фильтр

  1. Растворить 2,92 г хлорида натрия (NaCl) в 100 мл воды для получения раствора 50 мМ NaCl.
  2. Добавить 1 мл раствора 5 мМ NaCl в 1 мл приготовленных Ag наночастиц и смешивать их на нутационное смесителе в течение 10 мин при 20 оборотах в минуту. Этот шаг агрегировать Ag NPS в Ag нанокластеров.
  3. Поместите фильтрующую мембрану (PVDF, 0,1 мкм размер пор) в держатель фильтра, который можно прикрепить к шприцу. Чем меньше размер пор мембраны двух зунд более эффективным, чем больше размер пор мембраны (т.е. 0,22 мкм) в улавливания Ag нанокластеры и производить последовательные сигналы.
  4. Нагрузка 2 мл приготовленных нанокластеров Ag в шприц для фильтрации. Установите держатель фильтра к шприцу и вручную передать весь объем Ag нанокластеров через мембрану при скорости потока 1 капля / сек. Нанокластеры мембранные ловушки Ag, образуя ГКР-активных фильтрующую мембрану.
  5. Отсоединение фильтрующую мембрану из держателя фильтра. Особую осторожность необходима при проведении мембрану на внешнем ободе с помощью пинцета, чтобы исключить повреждение мембраны. Воздух сухой в течение приблизительно 3 мин и место мембрану на предметное стекло.
  6. Обнаружение комбинационного рассеяния в ГКР подложки
    1. Установите прибор комбинационного чтобы длин волн лазера 780 нм с мощностью лазера 5 мВт, время экспозиции 1 сек и экспозиции ряда 2. Установите микроскопическую цель 10Х. Убедитесь, что цель на программное обеспечение установлено соответственно тоже.
    2. Поместите стекло с мембраной сверху на платформу прибора комбинационного и использовать микроскоп, чтобы сосредоточить внимание на поверхности мембраны.
    3. Случайно выбрать 8-10 пятна от поверхности мембраны и прибор будет собирать их автоматически в определенной последовательности. Открытые спектральные данные в программном обеспечении производителя для анализа.

3. Применение ГКР активного фильтра системы для обнаружения химических загрязнителей

  1. Приготовьте раствор ferbam 10 частей на миллиард.
    Внимание: Ferbam обладает высокой летучестью. Используйте меры предосторожности (респиратор и защитные очки) при взвешивании тела.
    1. Взвешивание 2 мг ferbam порошок и растворить его в 20 мл 50% ацетонитрила (10 мл ацетонитрила и 10 мл воды) с получением концентрированного раствора (100 промилле). Vortex колбу в течение 30 сек.
    2. Принимать по 1 мл раствора ferbam 100 частей на миллион в пробирке и добавить 9 мл 50% ацетонитрила, чтобы сделать раствор 10 частей на миллион. Vortex трубку в течение 5 сек.
    3. Возьмите 1 мл10 Раствор м.д. в пробирке и добавить 9 мл 50% ацетонитрила, чтобы сделать раствор 1 промилле. Vortex трубку в течение 5 сек.
    4. Принимать по 1 мл раствора 1 промилле в пробирке и добавить 9 мл 50% ацетонитрила, чтобы сделать раствор 100 частей на миллиард. Vortex трубку в течение 5 сек.
    5. Принимать по 1 мл раствора 100 частей на миллиард в пробирке и добавить 9 мл 50% ацетонитрила, чтобы сделать раствор 10 частей на миллиард. Vortex трубку в течение 5 сек.
  2. Приготовьте раствор ампициллин в 1 миллион.
    1. Взвесить 10 мг ампициллина порошок и растворить его в 100 мл воды, чтобы сделать раствор ампициллину 100 частей на миллион. Vortex колбу в течение 30 сек.
    2. Принимать по 1 мл раствора 100 ппм в пробирке и добавить 9 мл воды, чтобы сделать раствор ампициллину 10 частей на миллион. Vortex трубку в течение 5 сек.
    3. Принимать по 1 мл раствора 10 частей на миллион в пробирке и добавить 9 мл воды, чтобы сделать раствор ампициллину в 1 промилле. Vortex трубку в течение 5 сек.
  3. Поместите мембрану фильтра обратно в держатель фильтра, со стороной, покрытой НП вверх.
  4. Нагрузка 5 мл одного образца в новый шприц, а затем прикрепить его к держателю фильтра с мембраной в Ag покрытием внутри.
  5. Вручную пройти весь объем образца через мембрану при скорости потока 1 капля / сек. Молекулы-мишени могут адсорбироваться и концентрировали на НПС, нанесенные на мембрану фильтра.
  6. Отделить фильтрующую мембрану из держателя фильтра, воздух сухой в течение приблизительно 3 мин и измерять сигналы с помощью прибора комбинационного используя тот же метод, как описано в шаге 2.6.
  7. Повторите шаг 2,2 до 2,6, чтобы подготовить другой мембраны Ag-покрытую, и вытекают из шага 3.3 для обнаружения другой пробе.

Результаты

Основные этапы этого эксперимента были показаны на схеме (рисунок 1). Рисунок 2 свидетельствует о важности использовать оптимизированный объем AgNPs в мембране покрытием для того, чтобы достичь развернутое чувствительность. 1 мл Ag наночастиц обеспечив?...

Обсуждение

Одним из важнейших шагов в этом протоколе является синтез Ag наночастицы, где однородные Ag наночастицы являются ключевыми для получения стабильных результатов. Время нагревания и концентрации предшественников должны быть точно контролироваться. Средний размер этого препарата AgNPs 80 н?...

Раскрытие информации

The authors have nothing to disclose.

Благодарности

This material is based upon work supported by the U.S. Department of Homeland Security under Grant Award Number 2010-ST-061-FD0001 through a grant awarded by the National Center for Food Protection and Defense at the University of Minnesota. Disclaimer: The views and conclusions contained in this document are those of the authors and should not be interpreted as necessarily representing the official policies, either expressed or implied, of the U.S. Department of Homeland Security or the National Center for Food Protection and Defense.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
AmpicillinFisher ScientificBP1760-5N/A
FerbamChem ServiceN-11970-250MG98+%
Silver nitrateSigma Aldrich20913999.0+%
Sodium citrate dehydrateSigma AldrichW30260099+%
Sodium chlorideSigma AldrichS765399.5+%
EMD Millipore Durapore PVDF Membrane FiltersFisher ScientificVVLP013000.10 µm Pore Size, hydrophilic
Polycarbonate Filter HoldersCole-ParmerEW-29550-4013 mm diameter
Analog Vortex MixerFisher Scientific02-215-365N/A
Nutating MixersFisher Scientific05-450-213N/A
DXR Raman spectroscopeThermo ScientificIQLAADGABFFAHCMAPBLaser power: 1 mW
Exposure time: 5 sec

Ссылки

  1. Albrecht, M. G., Creighton, J. A. Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode. J. Am. Chem. Soc. 99 (15), 5215-5217 (1977).
  2. Schatz, G. C., Young, M. A., Van Duyne, R. P. . Electromagnetic mechanism of SERS. Surface-enhanced Raman scattering. , 19-45 (2006).
  3. Matijevic, E. Preparation and properties of uniform size colloids. Chem. Mater. 5 (4), 412-426 (1993).
  4. Nickel, U., zu Castell, A., Pöppl, K., Schneider, S. A silver colloid produced by reduction with hydrazine as support for highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopy. Langmuir. 16 (23), 9087-9091 (2000).
  5. Khanna, P. K., Subbarao, V. V. V. S. Nanosized silver powder via reduction of silver nitrate by sodium formaldehydesulfoxylate in acidic pH medium. Mater. Lett. 57 (15), 2242-2245 (2003).
  6. Henglein, A., Giersig, M. Formation of colloidal silver nanoparticles: capping action of citrate. J. Phys. Chem. B. 103 (44), 9533-9539 (1999).
  7. Sun, X., Li, Y. Colloidal carbon spheres and their core/shell structures with noble-metal nanoparticles. Angew. Chem. Int. Edit. 43 (5), 597-601 (2004).
  8. Lu, L., et al. Seed-mediated growth of large, monodisperse core-shell gold-silver nanoparticles with Ag-like optical properties. Chem. Commun. (2), 144-145 (2002).
  9. Aslan, K., Wu, M., Lakowicz, J. R., Geddes, C. D. Fluorescent core-shell Ag@SiO2 nanocomposites for metal-enhanced fluorescence and single nanoparticle sensing platforms. J. Am. Chem. Soc. 129 (6), 1524-1525 (2007).
  10. Lu, Y., Yin, Y., Li, Z. Y., Xia, Y. Synthesis and self-assembly of Au@ SiO2 core-shell colloids. Nano. Lett. 2 (7), 785-788 (2002).
  11. Link, S., Wang, Z. L., El-Sayed, M. A. Alloy formation of gold-silver nanoparticles and the dependence of the plasmon absorption on their composition. J. Phys. Chem. B. 103 (18), 3529-3533 (1999).
  12. He, L., et al. Rapid Detection of Ricin in Milk Using Immunomagnetic Separation Combined with Surface Enhanced Raman Spectroscopy. J. Food. Sci. 76 (5), N49-N53 (2011).
  13. Zheng, J., He, L. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for the Chemical Analysis of Food. Compr. Rev. Food. Sci. F. 13 (3), 317-328 (2014).
  14. He, L., Haynes, C. L., Diez-Gonzalez, F., Labuza, T. P. Rapid detection of a foreign protein in milk using IMS-SERS. J. Raman. Spectrosc. 42 (6), 1428-1434 (2011).
  15. Wei, W. Y., White, I. M. A simple filter-based approach to surface enhanced Raman spectroscopy for trace chemical detection. Analyst. 137 (5), 1168-1173 (2012).
  16. Cheng, M. L., Tsai, B. C., Yang, J. Silver nanoparticle-treated filter paper as a highly sensitive surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate for detection of tyrosine in aqueous solution. Anal. Chim. Acta. 708 (1), 89-96 (2011).
  17. Fierro-Mercado, P. M., Hernández-Rivera, S. P. Highly sensitive filter paper substrate for SERS trace explosives detection. Int. J. Spectrosc. 2012, 716527 (2012).
  18. Tran, C. D. Subnanogram detection of dyes on filter paper by surface-enhanced Raman scattering spectrometry. Anal. Chem. 56 (4), 824-826 (1984).
  19. Wu, D., Fang, Y. The adsorption behavior of p-hydroxybenzoic acid on a silver-coated filter paper by surface enhanced Raman scattering. J. Colloid Interface Sci. 265 (2), 234-238 (2003).
  20. Wigginton, K. R., Vikesland, P. J. Gold-coated polycarbonate membrane filter for pathogen concentration and SERS-based detection. Analyst. 135 (6), 1320-1326 (2010).
  21. Berthod, A., Laserna, J. J., Winefordner, J. D. Analysis by surface enhanced Raman spectroscopy on silver hydrosols and silver coated filter papers. J Pharm Biomed Anal. 6 (6), 599-608 (1988).
  22. Ackermann, K. R., Henkel, T., Popp, J. Quantitative Online Detection of Low-Concentrated Drugs via a SERS Microfluidic System. ChemPhysChem. 8 (18), 2665-2670 (2007).
  23. Walter, A., März, A., Schumacher, W., Rösch, P., Popp, J. Towards a fast, high specific and reliable discrimination of bacteria on strain level by means of SERS in a microfluidic device. Lab. Chip. 11 (6), 1013-1021 (2011).
  24. Lee, S., et al. Fast and sensitive trace analysis of malachite green using a surface-enhanced Raman microfluidic sensor. Anal. Chim. Acta. 590 (2), 139-144 (2007).
  25. Guo, H., et al. Analysis of Silver Nanoparticles in Antimicrobial Products Using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS). Environ. Sci. Technol. 49 (7), 4317-4324 (2015).
  26. Narayanan, V. A., Begun, G. M., Stokes, D. L., Sutherland, W. S., Vo-Dinh, T. Normal Raman and surface enhanced Raman scattering (SERS) spectra of some fungicides and related chemical compounds. J. Raman. Spectrosc. 23 (5), 281-286 (1992).
  27. Kang, J. S., Hwang, S. Y., Lee, C. J., Lee, M. S. SERS of dithiocarbamate pesticides adsorbed on silver surface; thiram. Bull. Korean. Chem. Soc. 23 (11), 1604-1610 (2002).
  28. Li, Y. T., et al. Rapid and sensitive in-situ detection of polar antibiotics in water using a disposable Ag-graphene sensor based on electrophoretic preconcentration and surface-enhanced Raman spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 43, 94-100 (2013).
  29. Clarke, S. J., Littleford, R. E., Smith, W. E., Goodacre, R. Rapid monitoring of antibiotics using Raman and surface enhanced Raman spectroscopy. Analyst. 130 (7), 1019-1026 (2005).
  30. Zheng, J., Pang, S., Labuza, T. P., He, L. Semi-quantification of surface-enhanced Raman scattering using a handheld Raman spectrometer: a feasibility study. Analyst. 138 (23), 7075-7078 (2013).
  31. Zheng, J., Pang, S., Labuza, T. P., He, L. Evaluation of surface-enhanced Raman scattering detection using a handheld and a bench-top Raman spectrometer: A comparative study. Talanta. 129, 79-85 (2014).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

108ferbam

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены