Name: Advancing SERS Technology: Au@Carbon Dot Nanoprobes for Label-Free Analysis and Imaging (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-06-09T12:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Advancing SERS Technology: Au@Carbon Dot Nanoprobes for Label-Free Analysis and Imaging at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (32071399 en 62175071), het Science and Technology Program van Guangzhou (2019050001), de Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation (2021A1515011988) en de Open Foundation of the Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine (Fujian Normal University), Ministerie van Onderwijs, China (JYG2009).

1. Fabricage van Au@CDs
OPMERKING: Figuur 1 illustreert een fabricageprocedure voor Au@CDs.
<ol><li>Bereid cd-oplossing met citroenzuur (CA) en galluszuur (GA) via een typische hydrothermale behandelingsprocedure18. Voeg 100 μL 3,0 mg ml-1 van de bereide CD-oplossing toe aan 200 μl chlooraurazuur (HAuCl4) (zie materiaaltabel) bij kamertemperatuur gedurende 10 s totdat een ...

Label-Free SERS Analysis: Au@Carbon Dot Nanoprobes for Molecular Fingerprinting

<ol>
	<li>Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+metabolomics:+analytical+and+biological+perspectives.">Single-cell metabolomics: analytical and biological perspectives.</a> Science. 342 (6163), 1243259 (2013).</li><li>Dong, 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=Simultaneous+visualization+of+dual+intercellular+signal+transductions+via+SERS+imaging+of+membrane+proteins+dimerization+on+single+cells.">Simultaneous visualization of dual intercellular signal transductions via SERS imaging of membrane proteins dimerization on single cells.</a> ACS Nano. 16 (9), 14055-14065 (2022).</li><li>Lane, L. A., Qian, X., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS+nanoparticles+in+medicine:+from+label-free+detection+to+spectroscopic+tagging.">SERS nanoparticles in medicine: from label-free detection to spectroscopic tagging.</a> Chemical Reviews. 115 (19), 10489-10529 (2015).</li><li>Langer, 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=Present+and+future+of+surface-enhanced+Raman+scattering.">Present and future of surface-enhanced Raman scattering.</a> ACS Nano. 14 (1), 28-117 (2020).</li><li>Zong, 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=Surface-enhanced+Raman+spectroscopy+for+bioanalysis:+reliability+and+challenges.">Surface-enhanced Raman spectroscopy for bioanalysis: reliability and challenges.</a> Chemical Reviews. 118 (10), 4946-4980 (2018).</li><li>Jiang, X., 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+Raman+scattering-based+sensing+in+vitro:+facile+and+label-free+detection+of+apoptotic+cells+at+the+single-cell+level.">Surface-enhanced Raman scattering-based sensing in vitro: facile and label-free detection of apoptotic cells at the single-cell level.</a> Analytical Chemistry. 85 (5), 2809-2816 (2013).</li><li>Qi, G., Diao, X., Hou, S., Kong, J., Jin, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+SERS+detection+of+protein+damage+in+organelles+under+electrostimulation+with+2D+AuNPs-based+nanomembranes+as+substrates.">Label-free SERS detection of protein damage in organelles under electrostimulation with 2D AuNPs-based nanomembranes as substrates.</a> Analytical Chemistry. 94 (43), 14931-14937 (2022).</li><li>Wang, 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=Trimer+structures+formed+by+target-triggered+AuNPs+self-assembly+inducing+electromagnetic+hot+spots+for+SERS-fluorescence+dual-signal+detection+of+intracellular+miRNAs.">Trimer structures formed by target-triggered AuNPs self-assembly inducing electromagnetic hot spots for SERS-fluorescence dual-signal detection of intracellular miRNAs.</a> Biosensors and Bioelectronics. 224, 115051 (2023).</li><li>Z&#780;ivanovic&#769;, V., Milewska, A., Leosson, K., Kneipp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+structure+and+interactions+of+lipids+in+the+outer+membrane+of+living+cells+based+on+surface-enhanced+Raman+scattering+and+liposome+models.">Molecular structure and interactions of lipids in the outer membrane of living cells based on surface-enhanced Raman scattering and liposome models.</a> Analytical Chemistry. 93 (29), 10106-10113 (2021).</li><li>Cong, L., 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=Microfluidic+droplet-SERS+platform+for+single-cell+cytokine+analysis+via+a+cell+surface+bioconjugation+strategy.">Microfluidic droplet-SERS platform for single-cell cytokine analysis via a cell surface bioconjugation strategy.</a> Analytical Chemistry. 94 (29), 10375-10383 (2022).</li><li>Tan, Z., Zhu, C., Han, L., Liao, X., Wang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS+and+dark-field+scattering+dual-mode+detection+of+intracellular+hydrogen+peroxide+using+biocompatible+Au@+COF+nanosensor.">SERS and dark-field scattering dual-mode detection of intracellular hydrogen peroxide using biocompatible Au@ COF nanosensor.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 373, 132770 (2022).</li><li>Pan, X. T., 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=Super-long+SERS+active+single+silver+nanowires+for+molecular+imaging+in+2D+and+3D+cell+culture+models.">Super-long SERS active single silver nanowires for molecular imaging in 2D and 3D cell culture models.</a> Biosensors. 12 (10), 875 (2022).</li><li>Liu, Z., 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=A+two-dimensional+fingerprint+nanoprobe+based+on+black+phosphorus+for+bio-SERS+analysis+and+chemo-photothermal+therapy.">A two-dimensional fingerprint nanoprobe based on black phosphorus for bio-SERS analysis and chemo-photothermal therapy.</a> Nanoscale. 10 (39), 18795-18804 (2018).</li><li>Bruzas, I., Lum, W., Gorunmez, Z., Sagle, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+surface-enhanced+Raman+spectroscopy+(SERS)+substrates+for+lipid+and+protein+characterization:+sensing+and+beyond.">Advances in surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates for lipid and protein characterization: sensing and beyond.</a> Analyst. 143 (17), 3990-4008 (2018).</li><li>Li, D., 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=SERS+analysis+of+carcinoma-associated+fibroblasts+in+a+tumor+microenvironment+based+on+targeted+2D+nanosheets.">SERS analysis of carcinoma-associated fibroblasts in a tumor microenvironment based on targeted 2D nanosheets.</a> Nanoscale. 12 (3), 2133-2141 (2020).</li><li>Fei, X., 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=Synthesis+of+Au+NP@MoS2quantum+dots+core@shell+nanocomposites+for+SERS+bio-analysis+and+label-free+bio-imaging.">Synthesis of Au NP@MoS2quantum dots core@shell nanocomposites for SERS bio-analysis and label-free bio-imaging.</a> Materials. 10 (6), 650 (2017).</li><li>Li, Y., 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=Rapid+label-free+SERS+detection+of+foodborne+pathogenic+bacteria+based+on+hafnium+ditelluride-Au+nanocomposites.">Rapid label-free SERS detection of foodborne pathogenic bacteria based on hafnium ditelluride-Au nanocomposites.</a> Journal of Innovative Optical Health Sciences. 13 (5), 2041004 (2020).</li><li>Jin, 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=Precisely+controllable+core-shell+Ag@+carbon+dots+nanoparticles:+application+to+in+situ+super-sensitive+monitoring+of+catalytic+reactions.">Precisely controllable core-shell Ag@ carbon dots nanoparticles: application to in situ super-sensitive monitoring of catalytic reactions.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (41), 27956-27965 (2016).</li><li>Luo, P., Li, C., Shi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+gold@+carbon+dots+composite+nanoparticles+for+surface+enhanced+Raman+scattering.">Synthesis of gold@ carbon dots composite nanoparticles for surface enhanced Raman scattering.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14 (20), 7360-7366 (2012).</li><li>Li, L., 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=Accurate+SERS+monitoring+of+the+plasmon+mediated+UV/visible/NIR+photocatalytic+and+photothermal+catalytic+process+involving+Ag@carbon+dots.">Accurate SERS monitoring of the plasmon mediated UV/visible/NIR photocatalytic and photothermal catalytic process involving Ag@carbon dots.</a> Nanoscale. 13 (2), 1006-1015 (2021).</li><li>Wang, X., 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=Reduced+state+carbon+dots+as+both+reductant+and+stabilizer+for+the+synthesis+of+gold+nanoparticles.">Reduced state carbon dots as both reductant and stabilizer for the synthesis of gold nanoparticles.</a> Carbon. 64, 499-506 (2013).</li><li>Zhu, M., 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=Physicochemical+properties+determine+nanomaterial+cellular+uptake,+transport,+and+fate.">Physicochemical properties determine nanomaterial cellular uptake, transport, and fate.</a> Accounts of Chemical Research. 46 (3), 622-631 (2013).</li><li>Li, L., 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=SERS+monitoring+of+photoinduced-enhanced+oxidative+stress+amplifier+on+Au@+carbon+dots+for+tumor+catalytic+therapy.">SERS monitoring of photoinduced-enhanced oxidative stress amplifier on Au@ carbon dots for tumor catalytic therapy.</a> Light: Science &amp; Applications. 11 (1), 286 (2022).</li><li>Fiori, F., 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=Highly+photostable+carbon+dots+from+citric+acid+for+bioimaging.">Highly photostable carbon dots from citric acid for bioimaging.</a> Materials. 15 (7), 2395 (2022).</li><li>Chen, X., 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=Preparation+of+carbon+dots-based+nanoparticles+and+their+research+of+bioimaging+and+targeted+antitumor+therapy.">Preparation of carbon dots-based nanoparticles and their research of bioimaging and targeted antitumor therapy.</a> Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. 110 (1), 220-228 (2022).</li><li>Chen, M., 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=Red,+green,+and+blue+light-emitting+carbon+dots+prepared+from+gallic+acid+for+white+light-emitting+diode+applications.">Red, green, and blue light-emitting carbon dots prepared from gallic acid for white light-emitting diode applications.</a> Nanoscale Advances. 4 (1), 14-18 (2022).</li><li>Byram, C., Moram, S. S. B., Shaik, A. K., Soma, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Versatile+gold+based+SERS+substrates+fabricated+by+ultrafast+laser+ablation+for+sensing+picric+acid+and+ammonium+nitrate.">Versatile gold based SERS substrates fabricated by ultrafast laser ablation for sensing picric acid and ammonium nitrate.</a> Chemical Physics Letters. 685, 103-107 (2017).</li><li>Efrima, S., 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=Understanding+SERS+of+bacteria.">Understanding SERS of bacteria.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 40 (3), 277-288 (2009).</li><li>Movasaghi, Z., Rehman, S., Rehman, I. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+of+biological+tissues.">Raman spectroscopy of biological tissues.</a> Applied Spectroscopy Reviews. 42 (5), 493-541 (2007).</li><li>Mushtaq, 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+Raman+spectroscopy+(SERS)+for+monitoring+colistin-resistant+and+susceptible+E.+coli+strains.">Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) for monitoring colistin-resistant and susceptible E. coli strains.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 278, 121315 (2022).</li><li>Mosier-Boss, P. A., Sorensen, K. C., George, R. D., Obraztsova, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERS+substrates+fabricated+using+ceramic+filters+for+the+detection+of+bacteria.">SERS substrates fabricated using ceramic filters for the detection of bacteria.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 153, 591-598 (2016).</li><li>Zhang, P., 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=Dynamic+insights+into+increasing+antibiotic+resistance+in+Staphylococcus+aureus+by+label-free+SERS+using+a+portable+Raman+spectrometer.">Dynamic insights into increasing antibiotic resistance in Staphylococcus aureus by label-free SERS using a portable Raman spectrometer.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 273, 121070 (2022).</li><li>Li, J. F., Zhang, Y. J., Ding, S. Y., Panneerselvam, R., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Core-shell+nanoparticle-enhanced+Raman+spectroscopy.">Core-shell nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy.</a> Chemical Reviews. 117 (7), 5002-5069 (2017).</li><li>Bodelon, G., Montes-Garcia, V., Perez-Juste, J., Pastoriza-Santos, I. <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+scattering+spectroscopy+for+label-free+analysis+of+P.+aeruginosa+quorum+sensing.">Surface-enhanced Raman scattering spectroscopy for label-free analysis of P. aeruginosa quorum sensing.</a> Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 8, 143 (2018).</li><li>Weiss, 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=Surface-enhanced+Raman+spectroscopy+of+microorganisms:+limitations+and+applicability+on+the+single-cell+level.">Surface-enhanced Raman spectroscopy of microorganisms: limitations and applicability on the single-cell level.</a> Analyst. 144 (3), 943-953 (2019).</li><li>Oliveira, K., 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=Multiplex+SERS+phenotyping+of+single+cancer+cells+in+microdroplets.">Multiplex SERS phenotyping of single cancer cells in microdroplets.</a> Advanced Optical Materials. 11 (1), 2201500 (2023).</li><li>Ho, C. S., 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=Rapid+identification+of+pathogenic+bacteria+using+Raman+spectroscopy+and+deep+learning.">Rapid identification of pathogenic bacteria using Raman spectroscopy and deep learning.</a> Nature Communications. 10 (1), 4927 (2019).</li><li>Spedalieri, C., Kneipp, J. <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+scattering+for+probing+cellular+biochemistry.">Surface enhanced Raman scattering for probing cellular biochemistry.</a> Nanoscale. 14 (14), 5314-5328 (2022).</li><li>Weng, S. Y., 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=Highly+sensitive+and+reliable+detection+of+microRNA+for+clinically+disease+surveillance+using+SERS+biosensor+integrated+with+catalytic+hairpin+assembly+amplification+technology.">Highly sensitive and reliable detection of microRNA for clinically disease surveillance using SERS biosensor integrated with catalytic hairpin assembly amplification technology.</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 208, 114236 (2022).</li><li>Wang, J. 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=Target-triggered+nanomaterial+self-assembly+induced+electromagnetic+hot-Spot+Generation+for+SERS-fluorescence+dual-mode+in+situ+monitoring+MiRNA-guided+phototherapy.">Target-triggered nanomaterial self-assembly induced electromagnetic hot-Spot Generation for SERS-fluorescence dual-mode in situ monitoring MiRNA-guided phototherapy.</a> Analytical Chemistry. 93 (41), 13755-13764 (2021).</li></ol>

Kortom, Au@CDs met een ultradunne CD-schil van 2,1 nm zijn met succes gefabriceerd. De nanocomposieten vertonen een superieure SERS-gevoeligheid dan pure Au NP's. Ook beschikken Au@CDs over uitstekende prestaties op het gebied van reproduceerbaarheid en stabiliteit op lange termijn. Verder onderzoek omvat het nemen van Au@CDs als substraten om SERS-beeldvorming van A549-cellen uit te voeren31 en om twee bacteriestammen te detecteren32. Het is bewezen dat Au@CDs kan worden g...

Eencellige analyse is essentieel voor de studie van het onthullen van cellulaire heterogeniteit en het beoordelen van de uitgebreide toestand van de cel. De onmiddellijke reactie van de cel op de micro-omgeving rechtvaardigt ook eencellige analyse1. Er zijn echter enkele beperkingen aan de huidige technieken. Fluorescentiedetectie kan worden toegepast op eencellige analyse, maar wordt beperkt door een lage gevoeligheid. Andere uitdagingen vloeien voort uit de gecompliceerde fluorescentieachtergrond van cellen en de fluorescentiefotobleking onder langdurige bestraling2. Oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing (SERS) kan in aanmerking komen in termen van eencellige analyse vanwege de voordelen ervan, waaronder (1) het weergeven van de intrinsieke moleculaire vingerafdrukinformatie en de onmiddellijke situatie, (2) ultrahoge oppervlaktegevoeligheid, (3) handige multiplexdetectie, (4) hoge fotostabiliteit, (5) detectie kan worden gekwantificeerd voor vergelijkende analyse, (6) het vermijden van cellulaire autofluorescentie met de NIR-golflengte-excitatie, (7) detectie kan worden uitgevoerd in een cellulaire waterige omgeving, en (8) detectie kan worden gericht op een specifiek gebied binnen de cel 3,4,5.
Er zijn twee algemeen erkende mechanismen om SERS als een fundamenteel fenomeen te begrijpen: elektromagnetische versterking (EM) als een dominante reden en chemische verbetering (CM). EM verwijst naar, in een bepaalde frequentie van het opwindende veld, de oscillatie van collectieve elektronen aangedreven door elektromagnetische golven wanneer de frequentie van het invallende licht overeenkomt met de frequentie van vrije elektronen die oscilleren in het metaal, wat aanleiding geeft tot oppervlakteplasmonresonantie (SPR). Wanneer gelokaliseerde SPR (LSPR) optreedt door de invallende laser die de metalen nanodeeltjes (NP's) raakt, leidt dit tot de resonantieabsorptie of verstrooiing van het invallende licht. Bijgevolg kan de elektromagnetische veldintensiteit van metalen NP's aan het oppervlak met twee tot vijf ordes4 worden verbeterd. De sleutel tot de enorme verbetering in SERS is echter niet een enkele metalen NP, maar de kloof tussen twee NP's, waardoor hotspots ontstaan. CM wordt gegenereerd van twee kanten, waaronder (1) interacties tussen doelmoleculen en metalen NP's en (2) doelmoleculen die elektronen kunnen overbrengen van / naar metalen NP's 4,5. Meer uitputtende details zijn te vinden in deze overzichtsartikelen 4,5. Verschillende veelbelovende methoden voor SERS-biosensing en beeldvorming in levende cellen zijn in eerdere literatuur gepresenteerd, bijvoorbeeld de detectie van apoptotische cellen6, eiwitten in organellen7, intracellulaire miRNA's8, cellulaire lipidemembranen, 9cytokines10 en metabolieten11 in levende cellen, evenals de identificatie en monitoring van cellen door confocale SERS-beeldvorming2, 11,12,13. Interessant is dat labelvrije SERS het unieke voordeel van SERS presenteert, dat interne moleculaire spectra5 kan beschrijven.
Een belangrijk probleem voor labelvrije SERS is een rationeel en betrouwbaar substraat. Typische SERS-substraten zijn edelmetaal NP's vanwege hun uitstekende vermogen om veel licht te verstrooien14. Tegenwoordig wordt er steeds meer aandacht besteed aan nanocomposieten vanwege hun opmerkelijke fysische en chemische eigenschappen en biocompatibiliteit. Belangrijker is dat nanocomposieten een betere SERS-activiteit kunnen vertonen vanwege de intense EM die wordt veroorzaakt door de hotspots op de nanohybriden en extra chemische versterking afkomstig van andere niet-metalen materialen15. Fei et al. gebruikten bijvoorbeeld MoS 2 quantum dots (QD's) als reducers om Au NP@MoS2QD nanocomposieten te synthetiseren voor labelvrije nabij-infrarode (NIR) SERS-beeldvorming van muis 4T1 borstkankercel (4T1-cellen)16. Li et al. fabriceerden ook een 2D SERS-substraat bestaande uit Au NP's en 2D hafnium ditelluride nanosheets voor labelvrije SERS-metingen van door voedsel overgedragen pathogene bacteriën17. Onlangs zijn carbon dots (CD's), goede elektronendonoren, gebruikt als reductanten zonder andere reductanten of bestraling om Au@carbon dot nanoprobes (Au@CDs)18 te synthetiseren, waarvan is gemeld dat ze efficiënte materialen zijn om de SERS-activiteit te verbeteren op basis van het charge-transfer (CT) -effect tussen Au-kernen en CD-schillen 19,20. Meer dan dat, cd's worden erkend als het aftoppingsmiddel en een stabilisator om te voorkomen dat Au NP's21 aggregeren. Bovendien opent het meer mogelijkheden voor reacties met analyten, omdat het een groot aantal bindende en actieve plaatsen kan bieden20. Gebruikmakend van het bovenstaande ontwikkelden Jin et al. een snelle en controleerbare methode voor het fabriceren van Ag@CD NP's met unieke SERS-eigenschappen en uitstekende katalytische activiteiten voor het monitoren van heterogene katalytische reacties in realtime18.
Hierin werd een eenvoudige en goedkope methode aangetoond voor het fabriceren van core-shell Au@CD SERS-substraten om cellulaire componenten en labelvrije SERS-bioimaging van levende cellen te identificeren, evenals om Escherichia coli (E. coli) en Staphylococcus aureus (S. aureus) te detecteren en te differentiëren, wat veelbelovend is voor de vroege diagnose van ziekte en een beter begrip van cellulaire processen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>10x PBS buffer (Cell culture)</td>
			<td>Langeco Technology</td>
			<td>BL316A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 well cell culture plate</td>
			<td>LABSELECT</td>
			<td>11110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Counting Kit-8 (CCK-8)</td>
			<td>GLPBIO</td>
			<td>GK10001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Citric acid</td>
			<td>Shanghai Aladdin Biochemical Technology</td>
			<td>C108869</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 incubator</td>
			<td>Thermo Fisher Technologies</td>
			<td>3111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Constant temperature magnetic agitator</td>
			<td>Sartorius Scientific Instruments</td>
			<td>SQP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryogenic high speed centrifuge</td>
			<td>Shanghai Boxun</td>
			<td>SW-CJ-2FD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM high glucose cell culture medium</td>
			<td>Procell</td>
			<td>PM150210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electronic balance</td>
			<td>Sartorius Scientific Instruments</td>
			<td>SQP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enzyme marker</td>
			<td>Thermo Fisher Technologies</td>
			<td>3111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Zhejiang Tianhang Biological Technology</td>
			<td>11011-8611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Figure 1</td>
			<td>Figdraw.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fourier infrared spectrometer</td>
			<td>Thermo, America</td>
			<td>Nicolet 380</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freeze dryer</td>
			<td>Tecan</td>
			<td>Infinite F50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gallic acid</td>
			<td>Shanghai Aladdin Biochemical Technology</td>
			<td>G104228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handheld Raman spectrometer</td>
			<td>OCEANHOOD, Shanghai, China</td>
			<td>Uspectral-PLUS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HAuCl4</td>
			<td>Guangzhou Pharmaceutical Company (Guangzhou)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High resolution transmission electron microscope</td>
			<td>Thermo Fisher Technologies</td>
			<td>FEI Tecnai G2 Spirit T12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature autoclave</td>
			<td>Shanghai Boxun</td>
			<td>YXQ-LS-50S&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65524/65524eq02.jpg" style="margin: auto;" /></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscope</td>
			<td>Nanjing Jiangnan Yongxin Optical</td>
			<td>XD-202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB Broth BR</td>
			<td>Huankai picoorganism</td>
			<td>028320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical ultra-low temperature refrigerator</td>
			<td>Thermo Fisher Technologies</td>
			<td>ULTS1368</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methylene blue</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pancreatin Cell Digestive Solution</td>
			<td>beyotime</td>
			<td>C0207</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin streptomycin double resistance</td>
			<td>Shanghai Boxun</td>
			<td>YXQ-LS-50S&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65524/65524eq02.jpg" style="margin: auto;" /></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pure water meter</td>
			<td>Millipore, USA</td>
			<td>Milli-Q System</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman spectrometer</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sapphire chip</td>
			<td>beyotime</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermostatic water bath</td>
			<td>Changzhou Noki</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-clean table</td>
			<td>Shanghai Boxun</td>
			<td>SW-CJ-2FD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uv-visible light absorption spectrometer</td>
			<td>MADAPA, China</td>
			<td>UV-6100S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire 3.4</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

label-free surface-enhanced raman scattering bioanalysis based on au@carbon dot nanoprobes

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) -technologie heeft steeds meer aandacht getrokken op biomedisch gebied vanwege het vermogen om moleculaire vingerafdrukinformatie van biologische monsters te verstrekken, evenals het potentieel in eencellige analyse. Dit werk heeft tot doel een eenvoudige strategie vast te stellen voor labelvrije SERS-bioanalyse op basis van Au@carbon dot nanoprobes (Au@CDs). Hier worden polyfenol-afgeleide cd's gebruikt als reductiemiddel om snel kernschil Au@CD nanostructuren te synthetiseren, wat krachtige SERS-prestaties mogelijk maakt, zelfs wanneer de concentratie methyleenblauw (MB) zo laag is als 10-9 M, vanwege het coöperatieve Raman-verbeteringsmechanisme. Voor bioanalyse kan Au@CDs dienen als een unieke SERS-nanosensor om de cellulaire componenten van biosamples (bijv. Kankercellen en bacteriën) te identificeren. De moleculaire vingerafdrukken van verschillende soorten kunnen verder worden onderscheiden na combinatie met de hoofdcomponentenanalyse. Daarnaast Au@CDs ook labelvrije SERS-beeldvorming mogelijk maken om intracellulaire samenstellingsprofielen te analyseren. Deze strategie biedt een haalbare, labelvrije SERS-bioanalyse, die een nieuw perspectief biedt voor nanodiagnostiek.

Label-Free Surface-Enhanced Raman Scattering Bioanalysis Based on Au@Carbon Dot Nanoprobes

De fabricage van de Au@CDs is geïllustreerd in figuur 1. De cd's werden bereid uit CA en GA via een typisch hydrothermaal proces18. Au@CDs werden snel gesynthetiseerd door HAuCl4 te reduceren door cd's in waterige media bij kamertemperatuur. De grootte en morfologie van cd's en Au@CDs kunnen worden waargenomen door TEM en hoge resolutie (HR) TEM23. De geprepareerde cd's zijn monodispersed met kleine formate...

Watch this Scientific Journal Video about Advancing SERS Technology: Au@Carbon Dot Nanoprobes for Label-Free Analysis and Imaging at JoVE.com

Advancing SERS Technology: Au@Carbon Dot Nanoprobes for Label-Free Analysis and Imaging (Video) | JoVE

In deze studie ontwikkelden we een goedkope oppervlakte-verbeterde Raman scattering (SERS) -gebaseerde vingerafdruk nanoprobe met gunstige biocompatibiliteit om labelvrije levende celbioimaging te tonen en twee bacteriestammen te detecteren, die in detail laten zien hoe SERS-spectra van levende cellen kunnen worden verkregen in een niet-destructieve methode.

Labelvrije oppervlakte-verbeterde Raman Scattering Bioanalyse op basis van Au@Carbon Dot Nanoprobes

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) technology has attracted more and more attention in the biomedical field due to its ability to provide molecular ...

In dit onderzoek ontwikkelden we een goedkope vingerafdruknanoprobe, gebaseerd op oppervlakte-versterkte Raman-verstrooiing, met gunstige biocompatibiliteit. Onze sonde maakt labelvrije bio-imaging van levende cellen mogelijk en kan twee bacteriestammen detecteren door moleculaire vingerafdrukinformatie te verstrekken. We voerden ook een hoofdcomponentenanalyse uit van afzonderlijke levende cellen.Onderzoekers hebben zich onlangs gericht op het verbeteren van de gevoeligheid, reproduceerbaarheid en het ontwikkelen van nieuwe substraten en technieken om betrouwbare moleculaire informatie te bieden. Dit maakt de gelijktijdige detectie van meerdere analyses mogelijk en kan worden gecombineerd met machine learning-gegevensanalyses voor betere prestaties. Het verkrijgen van specifieke ritmische signalen van cellen kan een uitdaging zijn, vanwege de aanwezigheid van vele andere chemicaliën in het monster; die het achtergrondsignaal kan verstoren.Vergeleken met de fluorescentiedetectie had het niveau van fluorescentie een werkelijke hoge oppervlaktegevoeligheid. En kon de directionele detectie van afstandsfouten realiseren die cellen verhogen. Wat nog belangrijker is, je kunt de intrinsieke chemie van de op een enkel celniveau op of op de strategische manier onder natuurlijke omstandigheden bieden.In de toekomst zal ons werk zich richten op de volledige architectuur van carbon-dot gebaseerd systeem, inclusief de structuurverificatie en de bron We richten ons ook op de biomedische toepassing van dit zoeksysteem zoals celonderzoek en de toepassingen.