Détection SERS quantitative de l’acide urique par la formation de nanojonctions plasmoniques précises dans des agrégats de nanoparticules d’or et de cucurbitacées
Summary
Un complexe hôte-invité de cucurbit[7]uril et d’acide urique a été formé dans une solution aqueuse avant d’ajouter une petite quantité dans la solution Au NP pour la détection quantitative par spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS) à l’aide d’un spectromètre modulaire.
Abstract
Ce travail décrit une méthode rapide et très sensible pour la détection quantitative d’un biomarqueur important, l’acide urique (UA), via la spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS) avec une faible limite de détection d’environ 0,2 μM pour de multiples pics caractéristiques dans la région des empreintes digitales, à l’aide d’un spectromètre modulaire. Ce schéma de biodétection est médié par la complexation hôte-invité entre un macrocycle, un cucurbit[7]uril (CB7) et un UA, et la formation ultérieure de nanojonctions plasmoniques précises dans les nanoagrégats Au NP: CB7 auto-assemblés. Une synthèse Facile au NP des tailles souhaitables pour les substrats SERS a également été réalisée sur la base de l’approche classique de réduction du citrate avec une option à faciliter à l’aide d’un synthétiseur automatisé construit en laboratoire. Ce protocole peut être facilement étendu à la détection multiplexée de biomarqueurs dans les fluides corporels pour des applications cliniques.
Introduction
L’acide urique, qui est le produit final du métabolisme des nucléotides puriques, est un biomarqueur important dans le sérum sanguin et l’urine pour le diagnostic de maladies telles que la goutte, la prééclampsie, les maladies rénales, l’hypertension, les maladies cardiovasculaires et le diabète 1,2,3,4,5. Les méthodes actuelles de détection de l’acide urique comprennent les essais enzymatiques colorimétriques, la chromatographie liquide à haute performance et l’électrophorèse capillaire, qui prennent du temps, sont coûteuses et nécessitent une préparation d’échantillon sophistiquée 6,7,8,9.
La spectroscopie Raman améliorée en surface est une technique prometteuse pour le diagnostic de routine au point de service, car elle permet la détection sélective des biomolécules via leurs empreintes de vibration et offre de nombreux avantages tels qu’une sensibilité élevée, une réponse rapide, une facilité d’utilisation et une préparation d’échantillon nulle ou minimale. Les substrats SERS à base de nanoparticules de métaux nobles (par exemple, Au NP) peuvent améliorer les signaux Raman des molécules d’analyte de 4 à 10 ordres de grandeur10 via une forte amélioration électromagnétique causée par la résonance plasmoniquede surface 11. Les AU NP de tailles sur mesure peuvent être facilement synthétisés par opposition à la fabrication fastidieuse de nanocomposites métalliques complexes12, et sont donc largement utilisés dans les applications biomédicales en raison de leurs propriétés supérieures 13,14,15,16. La fixation de molécules macrocycliques, cucurbit[n]urils (CBn, où n = 5-8, 10), à la surface des NP Au peut encore améliorer les signaux SERS des molécules analytiques car les molécules CB hautement symétriques et rigides peuvent contrôler l’espacement précis entre les NP Au et localiser les molécules analytiques au centre ou à proximité des points chauds plasmoniques via la formation de complexes hôte-invité (Figure 1)17, 18,19,20. Les exemples précédents d’études SERS utilisant Au NP: CBn nanoagrégats comprennent les nitroexplosifs, les aromatiques polycycliques, le diaminostilbène, les neurotransmetteurs et la créatinine 21,22,23,24,25, les mesures SERS étant effectuées soit dans une cuvette, soit en chargeant une petite gouttelette sur un porte-échantillon sur mesure. Ce schéma de détection est particulièrement utile pour quantifier rapidement les biomarqueurs dans une matrice complexe à haute reproductibilité.
Ici, une méthode facile pour former des complexes hôte-invité de CB7 et un important biomarqueur UA, et pour quantifier UA avec une limite de détection de 0,2 μM via des agrégations médiées par CB7 de AU NP dans des milieux aqueux a été démontrée à l’aide d’un spectromètre modulaire, ce qui est prometteur pour les applications diagnostiques et cliniques.
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthode de synthèse automatisée décrite dans le protocole permet de synthétiser de manière reproductible les AU NP de tailles croissantes. Bien que certains éléments doivent encore être effectués manuellement, tels que l’ajout rapide de citrate de sodium pendant la synthèse des graines et la vérification périodique pour s’assurer que le tube PEEK est sécurisé, cette méthode permet des AU NP de grandes tailles (jusqu’à 40 nm), ce qui nécessiterait généralement plusieurs injections manuelles de…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TCL est reconnaissant du soutien de la Royal Society Research Grant 2016 R1 (RG150551) et du UCL BEAMS Future Leader Award financé par le prix institutional Sponsorship award de l’EPSRC (EP/P511262/1). WIKC, TCL et IPP sont reconnaissants envers la bourse d’études financée par le programme de participation à la recherche A*STAR-UCL par le biais de l’EPSRC M3S CDT (EP/ L015862/1). GD et TJ tiennent à remercier l’EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1) pour avoir parrainé leur bourse d’études. TJ et TCL remercient Camtech Innovations pour sa contribution à la bourse d’études de TJ. Tous les auteurs sont reconnaissants envers le Fonds de libre accès de l’UCL.
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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