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

Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (32071399 og 62175071), Science and Technology Program of Guangzhou (2019050001), Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation (2021A1515011988), og Open Foundation of the Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine (Fujian Normal University), Ministry of Education, Kina (JYG2009).

1. Fabrikasjon av Au@CDs
MERK: Figur 1 illustrerer en fabrikasjonsprosedyre for Au@CDs.
<ol><li>Forbered CD-løsning ved hjelp av sitronsyre (CA) og gallinsyre (GA) via en typisk hydrotermisk behandlingsprosedyre18. Tilsett 100 μL 3,0 mg ml-1 av den tilberedte CD-oppløsningen til 200 μL 10 mM kloroaursyre (HAuCl4) (se materialfortegnelse) ved romtemperatur i 10 s til en l...

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>

Oppsummert har Au@CDs med et ultratynt CD-skall på 2,1 nm blitt vellykket produsert. Nanokomposittene viser overlegen SERS-følsomhet enn rene Au-NPer. Au@CDs har også utmerket ytelse i reproduserbarhet og langsiktig stabilitet. Videre forskning inkluderer å ta Au@CDs som substrater for å utføre SERS-avbildning av A549-celler31 og å oppdage to bakteriestammer32. Det har blitt bevist at Au@CDs kan brukes som en ultrasensitiv SERS-sonde, hovedsakelig basert på kjemisk ...

Enkeltcelleanalyse er avgjørende for studiet av å avsløre cellulær heterogenitet og vurdere cellens omfattende tilstand. Cellens umiddelbare respons på mikromiljøet garanterer også enkeltcelleanalyse1. Det er imidlertid noen begrensninger for dagens teknikker. Fluorescensdeteksjon kan brukes på enkeltcelleanalyse, men det er begrenset av lav følsomhet. Andre utfordringer oppstår fra den kompliserte fluorescensbakgrunnen til celler og fluorescensfotobleking under langvarig bestråling2. Overflateforbedret Raman-spredning (SERS) kan kvalifisere når det gjelder enkeltcelleanalyse på grunn av fordelene, inkludert (1) som reflekterer den inneboende molekylære fingeravtrykkinformasjonen og den øyeblikkelige situasjonen, (2) ultrahøy overflatefølsomhet, (3) praktisk multipleksdeteksjon, (4) høy fotostabilitet, (5) deteksjon kan kvantifiseres for komparativ analyse, (6) unngå cellulær autofluorescens med NIR-bølgelengdeeksitasjonen, (7) deteksjon kan utføres i en cellulær vandig miljø, og (8) deteksjon kan rettes til et bestemt område i cellen 3,4,5.
Det er to bredt anerkjente mekanismer for å forstå SERS som et grunnleggende fenomen: elektromagnetisk forbedring (EM) som en dominerende årsak og kjemisk forbedring (CM). EM refererer til, i en gitt frekvens av det spennende feltet, svingningen av kollektive elektroner drevet av elektromagnetiske bølger når frekvensen av det innfallende lyset samsvarer med frekvensen av frie elektroner som svinger i metallet, noe som gir opphav til overflateplasmonresonans (SPR). Når lokalisert SPR (LSPR) oppstår gjennom den innfallende laseren som påvirker metallnanopartiklene (NP), fører det til resonansabsorpsjon eller spredning av det innfallende lyset. Følgelig kan overflateelektromagnetisk feltintensitet av metall-NP forbedres med to til fem ordrer4. Nøkkelen til den enorme forbedringen i SERS er imidlertid ikke en enkelt metall NP, men gapet mellom to NPer, noe som skaper hot spots. CM genereres fra to sider, inkludert (1) interaksjoner mellom målmolekyler og metall-NP og (2) målmolekyler som kan overføre elektroner til / fra metall-NP 4,5. Mer utfyllende detaljer finnes i disse oversiktsartiklene 4,5. Flere lovende metoder for SERS-biosensing og avbildning i levende celler har blitt presentert i tidligere litteratur, for eksempel påvisning av apoptotiske celler6, proteiner i organeller7, intracellulære miRNA 8, cellulære lipidmembraner,9 cytokiner 10 og metabolitter11 i levende celler, samt identifisering og overvåking av celler ved konfokal SERS-avbildning2, 11,12,13. Interessant nok presenterer etikettfrie SERS den unike fordelen med SERS, som kan beskrive interne molekylære spektra5.
Et stort problem for etikettfrie SERS er et rasjonelt og pålitelig substrat. Typiske SERS-substrater er edelmetall-NP på grunn av deres utmerkede evne til å spre mye lys14. I dag blir mer og mer oppmerksomhet til nanokompositter på grunn av deres bemerkelsesverdige fysiske og kjemiske egenskaper og biokompatibilitet. Mer signifikant kan nanokompositter vise bedre SERS-aktivitet på grunn av den intense EM indusert av hot spots på nanohybrider og ytterligere kjemisk forbedring som stammer fra andre ikke-metalliske materialer15. For eksempel brukte Fei et al. MoS 2 kvanteprikker (QD) som reduksjonsmidler for å syntetisere Au NP@MoS2QD nanokompositter for etikettfri nær-infrarød (NIR) SERS-avbildning av mus 4T1 brystkreftcelle (4T1-celler)16. Li et al. fremstilte også et 2D SERS-substrat bestående av Au NP og 2D hafniumditellurid nanoark for etikettfrie SERS-målinger av matbårne patogene bakterier17. Nylig har karbonprikker (CDer), gode elektrondonorer, blitt brukt som reduksjonsmidler uten andre reduksjonsmidler eller bestråling for å syntetisere Au@carbon dot nanoprober (Au@CDs) 18, som har blitt rapportert å være effektive materialer for å forbedre SERS-aktiviteten basert på ladningsoverføringseffekten (CT) mellom Au-kjerner og CD-skall 19,20. Mer enn det, CDer er anerkjent som kappemiddel og stabilisator for å forhindre at Au NP aggregerer21. I tillegg åpner det flere muligheter for reaksjoner med analytter, da det kan gi et stort antall bindende og aktive steder20. Ved å dra nytte av det ovennevnte utviklet Jin et al. en rask og kontrollerbar metode for fremstilling av Ag@CD NP med unike SERS-egenskaper og gode katalytiske aktiviteter for overvåking av heterogene katalytiske reaksjoner i sanntid18.
Her ble det demonstrert en lettvint og rimelig metode for fremstilling av kjerneskall Au@CD SERS-substrater for å identifisere cellulære komponenter og etikettfrie SERS levende cellebioimaging, samt å oppdage og skille Escherichia coli (E. coli) og Staphylococcus aureus (S. aureus), som holder løfte om tidlig diagnose av sykdom og bedre forståelse av cellulære prosesser.

<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

Overflateforbedret Raman-spredning (SERS) -teknologi har tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet på det biomedisinske feltet på grunn av sin evne til å gi molekylær fingeravtrykkinformasjon om biologiske prøver, samt potensialet i enkeltcelleanalyse. Dette arbeidet tar sikte på å etablere en enkel strategi for etikettfri SERS-bioanalyse basert på Au@carbon punktnanoprober (Au@CDs). Her brukes polyfenolavledede CDer som reduksjonsmiddel for raskt å syntetisere kjerneskall Au@CD nanostrukturer, noe som gir kraftig SERS-ytelse selv når konsentrasjonen av metylenblå (MB) er så lav som 10-9 M, på grunn av den samarbeidende Raman-forbedringsmekanismen. For bioanalyse kan Au@CDs tjene som en unik SERS nanosensor for å identifisere de cellulære komponentene i bioprøver (f.eks. Kreftceller og bakterier). De molekylære fingeravtrykkene fra forskjellige arter kan skilles videre etter kombinasjon med hovedkomponentanalysen. I tillegg muliggjør Au@CDs også etikettfri SERS-avbildning for å analysere intracellulære sammensetningsprofiler. Denne strategien gir en mulig, etikettfri SERS-bioanalyse, og åpner et nytt prospekt for nanodiagnose.

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

Fabrikasjon av Au@CDs er illustrert i figur 1. CDene ble fremstilt fra CA og GA via en typisk hydrotermisk prosess18. Au@CDs ble raskt syntetisert ved å redusere HAuCl4 av CDer i vandige medier ved romtemperatur. Størrelsen og morfologien til CDer og Au@CDs kan observeres av TEM og høyoppløselig (HR) TEM23. De fremstilte CDene er monodispergert med små størrelser på nesten 2-6 nm (<strong class="xfig"...

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

I denne studien utviklet vi en billig overflateforbedret Raman-spredning (SERS) -basert fingeravtrykk nanoprobe med gunstig biokompatibilitet for å vise etikettfri levende cellebioimaging og oppdage to bakteriestammer, som viser i detalj hvordan man får SERS-spektra av levende celler i en ikke-destruktiv metode.

Etikettfri overflateforbedret Raman-spredningsbioanalyse basert på Au@Carbon punktnanoprober

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

I denne undersøkelsen utviklet vi en billig fingeravtrykk nanoprobe, basert på overflateforbedret Raman-spredning, med gunstig biokompatibilitet. Sonden vår muliggjør etikettfri bioavbildning av levende celler og kan oppdage to bakteriestammer ved å gi molekylær fingeravtrykksinformasjon. Vi gjennomførte også en prinsipal komponentanalyse av enkeltlevende celler.Forskere har nylig fokusert på å forbedre følsomhet, reproduserbarhet og utvikle nye substrater og teknikker for å gi pålitelig molekylær informasjon. Dette gjør det mulig å oppdage flere analyser samtidig, og det kan kombineres med dataanalyser for maskinlæring for forbedret ytelse. Å skaffe spesifikke rytmiske signaler fra celler kan være utfordrende, på grunn av tilstedeværelsen av mange andre kjemikalier i prøven; som kan forstyrre bakgrunnssignalet.Sammenlignet med fluorescensdeteksjonen hadde fluorescensnivået faktisk høy overflatefølsomhet. Og kunne realisere retningsbestemt deteksjon av avstandsfeil heve celler. Enda viktigere, du kan gi den inneboende kjemien til på enkeltcellenivå i eller på strategimåten under naturlige forhold.I fremtiden vil vårt arbeid fokusere på den komplette arkitekturen til karbonpunktbasert system, inkludert strukturverifisering og kilden Vi fokuserer også på den biomedisinske anvendelsen av dette søkesystemet som celleforskning og applikasjonene.