금 나노 입자와 Cucurbit[n]uril의 응집체 내에서 정확한 플라즈몬 나노 접합의 형성을 통한 요산의 정량적 SERS 검출
Summary
큐커빗[7]우릴 및 요산의 호스트-게스트 복합체를 Au NP 용액에 소량 첨가하기 전에 수용액에서 형성하여 모듈형 분광계를 이용한 정량적 표면 강화 라만 분광법(SERS) 감지를 수행하였다.
Abstract
이 연구는 모듈형 분광계를 사용하여 지문 영역의 여러 특성 피크에 대해 ~0.2μM의 낮은 검출 한계로 표면 강화 라만 분광법(SERS)을 통해 중요한 바이오마커인 요산(UA)의 정량적 검출을 위한 신속하고 매우 민감한 방법을 설명합니다. 이러한 바이오센싱 기법은 매크로사이클, cucurbit[7]uril (CB7) 및 UA 사이의 숙주-게스트 복합체화에 의해 매개되고, 이후 자체 조립된 Au NP:CB7 나노응집체 내에서 정확한 플라즈몬 나노접합의 형성에 의해 매개된다. SERS 기질에 대해 바람직한 크기의 용이한 Au NP 합성은 또한 실험실에서 제작한 자동 합성기를 사용하여 촉진될 수 있는 옵션을 갖는 고전적인 시트레이트 환원 접근법에 기초하여 수행되었다. 이 프로토콜은 임상 적용을 위해 체액에서 바이오마커의 다중화 검출로 쉽게 확장될 수 있다.
Introduction
퓨린 뉴클레오티드의 신진 대사의 최종 산물 인 요산은 통풍, 자간전증, 신장 질환, 고혈압, 심혈관 질환 및 당뇨병 1,2,3,4,5와 같은 질병의 진단을위한 혈액 혈청 및 소변의 중요한 바이오 마커입니다. 요산 검출을위한 현재의 방법에는 비색 효소 분석, 고성능 액체 크로마토그래피 및 모세관 전기 영동이 포함되며, 이는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들며 정교한 샘플 준비 6,7,8,9가 필요합니다.
표면 강화 라만 분광법은 진동 지문을 통해 생체 분자를 선택적으로 검출 할 수 있고 고감도, 신속한 반응, 사용 편의성 및 시료 준비 없음 또는 최소와 같은 수많은 이점을 제공하므로 일상적인 진료 시점 진단을위한 유망한 기술입니다. 귀금속 나노입자(예를 들어, Au NPs)에 기초한 SERS 기판은 표면 플라즈몬 공명(11)에 의해 야기된 강한 전자기 향상을 통해 분석물 분자의 라만 신호를 크기10의 4 내지10 차수만큼 향상시킬 수 있다. 맞춤형 크기의 Au NP는 복잡한 금속 나노복합체(12)의 제조에 시간이 많이 걸리는 것과는 달리 쉽게 합성될 수 있으며, 따라서 이들의 우수한 특성(13,14,15,16)으로 인해 생물 의학 응용에 널리 사용된다. Au NPs의 표면 상에 거대고리 분자인 cucurbit[n]urils(CBn, 여기서 n=5-8, 10)의 부착은 고도로 대칭적이고 단단한 CB 분자가 Au NP 사이의 정확한 간격을 제어하고 숙주-게스트 복합체의 형성을 통해 플라즈몬 핫스팟에 중심 또는 근접하게 분석물 분자를 국부화할 수 있기 때문에 분석물 분자의 SERS 신호를 더욱 강화할 수 있다(도 1)17, 18,19,20. Au NP를 사용한 SERS 연구의 이전 예: CBn 나노응집체에는 니트로폭발물, 다환식 방향족제, 디아미노스틸벤, 신경전달물질 및 크레아티닌 21,22,23,24,25 가 포함되며, SERS 측정은 큐벳에서 수행되거나 맞춤형 샘플 홀더에 작은 물방울을 적재하여 수행됩니다. 이러한 검출 스킴은 높은 재현성을 갖는 복잡한 매트릭스에서 바이오마커를 신속하게 정량화하는데 특히 유용하다.
본원에서, CB7 및 중요한 바이오마커 UA의 숙주-게스트 복합체를 형성하고, 수성 매질에서 Au NPs의 CB7 매개된 응집을 통해 0.2 μM의 검출 한계로 UA를 정량화하는 용이한 방법이 모듈형 분광계를 사용하여 입증되었으며, 이는 진단 및 임상 적용에 유망하다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜에 설명된 자동화된 합성 방법을 통해 크기가 증가하는 Au NP를 재현 가능하게 합성할 수 있습니다. 종자 합성 중에 구연산 나트륨을 빠르게 첨가하고 PEEK 튜브가 안전한지 확인하기 위해 주기적으로 검사하는 것과 같이 수동으로 수행해야하는 몇 가지 요소가 있지만,이 방법을 사용하면 일반적으로 HAuCl4 및 구연산 나트륨을 여러 번 수동으로 주입해야하는 큰 크기 (최대40nm )의 Au …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TCL은 Royal Society Research Grant 2016 R1 (RG150551)과 EPSRC (EP / P511262 / 1)의 기관 후원 상을 통해 자금을 지원 한 UCL BEAMS Future Leader Award의 지원에 감사드립니다. WIKC, TCL 및 IPP는 EPSRC M3S CDT (EP / L015862 / 1)를 통해 A * STAR-UCL 연구 첨부 프로그램이 자금을 지원하는 학생회에 감사드립니다. GD와 TJ는 학생들을 후원해 주신 EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1)에 감사드립니다. TJ와 TCL은 TJ의 학생들에 기여한 Camtech Innovations를 인정합니다. 모든 저자는 UCL Open Access Fund에 감사드립니다.
Materials
| 40 nm gold nanoparticles | NanoComposix | AUCN40-100M | NanoXact, 0.05 mg/ mL, bare (citrate) |
| Centrifuge tube | Corning Falcon | 14-432-22 | 50 mL volume |
| Cucurbit[7]uril | Lab-made | see ref. 19 | |
| Gold(III) chloride trihydrate | Sigma aldrich | 520918 | ≥99.9% trace metals basis |
| Luer lock disposable syringe | Cole-Parmer | WZ-07945-15 | 3 mL volume |
| Luer-to-MicroTight adapter | LuerTight | P-662 | 360 μm outer diameter Tubing to Luer Syringe |
| PEEK tubing | IDEX | 1572 | 360 μm outer diameter, 150 μm inner diameter |
| PEEK tubing cutter | IDEX | WZ-02013-30 | Capillary Polymer Chromatography Tubing Cutter For 360 µm to 1/32" OD tubing |
| Raman spectrometer | Ocean Optics | QE pro | |
| Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma aldrich | S4641 | ACS reagent, ≥99.0% |
| Sonicator | |||
| Standard Probe | Digi-Sense | WZ-08516-55 | Type-K |
| Syringe pump | Aladdin | ALADDIN2-220 | 2 syringes, maximum syringe volume 60 mL |
| Thermocouple thermometer | Digi-Sense | WZ-20250-91 | Single-Input Thermocouple Thermometer with NIST-Traceable Calibration |
| ThermoMixer | Eppendorf | 5382000031 | With an Eppendorf SmartBlock for 50 mL tubes |
| Uric acid | Sigma aldrich | U2625 | ≥99%, crystalline |
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