المراقبة والتحليل من تطرف تشتت رامان المزودة بسطح
Summary
يصف هذا البروتوكول تحليل تطرف رامان المزودة بسطح التشتت بسبب المشي العشوائي لجزيء واحد على سطح فضة باستخدام قوانين السلطة.
Abstract
من جزيء واحد مفترق نانواجريجاتي فضة، يلاحظ الوميض رامان المزودة بسطح نثر (SERS). هنا، يقدم بروتوكول حول كيفية إعداد SERS-النشط الفضي نانواجريجاتي وتسجيل فيديو لبعض البقع وامض في الصورة المجهرية، وتحليل الإحصاءات وامض. في هذا التحليل، يستنسخ قانون سلطة التوزيعات الاحتمالية للأحداث مشرق بالنسبة إلى المدة التي ستستغرقها. التوزيعات الاحتمالية للأحداث المظلمة مزودة بقانون طاقة مع دالة آسيه. معلمات قانون الطاقة تمثل السلوك الجزيئي في الدول الساطعة والمعتمة على حد سواء. ويمكن تقدير نموذج عشوائي سيرا على الأقدام وسرعة الجزيء عبر كامل سطح الفضة. فإنه من الصعب تقدير حتى عند استخدام المتوسطات ومهام ترابط تلقائي، وتصوير SERS القرار فائقة. في المستقبل، تحليلات القانون السلطة ينبغي أن تقترن بالتصوير الطيفي، لأن أصول تطرف لا يمكن تأكيده بهذا الأسلوب تحليل وحدها.
Introduction
رامان المزودة بسطح نثر (SERS) هي حساسة للغاية رامان الطيفي من سطح معدن النبيلة. منذ الطيف رامان، يوفر معلومات مفصلة حول بنية جزيئية استناداً إلى مواقف الذروة الحادة، من خلال وسائط الذبذبات من المجموعات الوظيفية في الجزيئات، يمكن أن يحقق في المعلومات من جزيء واحد على سطح معدني استخدام SERS1،،من23. من نانواجريجاتي فضة مع أدسورباتي على مستوى جزيء واحد، يلاحظ إشارة وامض1،2،،من34،،من56، 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16، والطيف يتقلب1،2،3،4،،من56،،من78، 9،10،،من1112،،من1314. يمكن أن يكون الوميض الناجم عن جزيء واحد يتحرك عشوائياً داخل وخارج حقل (م) كهرومغناطيسية معززة مفترق نانواجريجاتي فضة نانومتر الحجم. ولذلك، يعتبر تطرف أدلة بسيطة للكشف عن جزيء واحد، بالمقارنة مع تقنية استخدام توزيع بواسون SERS و3،2،ثنائية-أكثر من17. بيد أن آليات تفصيلية من الطيف الوامض ومتقلبة، والتي قد تعتمد بشدة على سلوك الجزيئية على سطح Ag، لا تزال مثيرة للجدل.
في دراسات سابقة، تطرف SERS قد تم تحليلها باستخدام الدالة ترابط تلقائي، الذي يمكن حساب معامل الانتشار وتركيز الجزيئات تتحرك وخارجها تعزيز م ميدان12،13،14 . وعلاوة على ذلك، درجة انحراف المعياري تم تسويتها، الذي يمثل عدم الاستقرار في كثافة المجموع، مستمدة من صورة إشارة15مرة. بيد أن هذه النهج التحليلي قد يكون استناداً إلى سلوك جزيئات قليلة. وفي المقابل، في تصوير فائقة قرار تطرف SERS، يمكن أن يكون السلوك جزيء واحد في حقل م تعزيز حددت16. ومع ذلك، يمكن الحصول على هذه التقنيات هذه المعلمات فقط في حقل م معززة. ويمكن تمثيل سلوك عشوائي من جزيء واحد داخل مجموعة واسعة (على سبيل المثال، في تطرف SERS) كقانون قوة بدلاً من متوسط4،5،،من67،8 ،،من910،11، مماثلة للأسفار وامض من أشباه الموصلات واحد كم دوت (QD)18،19. باستخدام قوة القانون تحليل4،5،6،،من78،9،10،11، والسلوك الجزيئي ويمكن تقدير في مشرق الدولة (في مجال طب الطوارئ المعززة) والدولة الظلام10؛ هذا هو، يمكن تقدير سلوك الجزيء على كامل سطح الفضة.
لهذا الأسلوب، يتم نانواجريجاتيس الفضة الغروية المستخدمة4،5،،من67،،من89،10،11. وتظهر هذه نانواجريجاتيس مختلف نطاقات الرنين () مترجمة مأكل مثل الطحين السطحية التي تؤثر على الحقول الكهرومغناطيسية معززة بقوة عندما تكون متحمس عند أطوال موجية معينة. وهكذا، يمكن فورا الحصول على فضية نشطة SERS جسيمات نانوية موجودة في تعليق غرواني، وبعض البيانات. في حالة النانو البسيطة، التي لها أحجام محددة، والأشكال، والترتيبات، اعتماد LSPR SERS وامض يمكن إخفاء أخرى الاعتماد7؛ إلا وهي إذا تم استخدام نانوستروكتوري جيدة أو سيئة إلى LSPR، المعلمات سوف تكون ثابتة، وسوف تكون مخفية الاعتماد الأخرى لذلك. وقد استخدمت تحليل قانون الطاقة لاكتشاف الاعتماد المختلفة من SERS وامض من الفضة الغروية نانواجريجاتيس4،5،6،،من78، 9 , 10 , 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
من مفرق نانواجريجاتي الفضة، ينبعث SERS. وبالتالي، نحن بحاجة إلى إعداد نانواجريجاتيس بدلاً من الجسيمات النانوية الغروية، التي تغطيها مع الأنيونات سترات. تتشكل المجاميع الفضية من التمليح على الأثر التي تم إنشاؤها بواسطة إضافة بولي-L-يسين-NH3+ وهو أصل SERS، أو الكاتيونات نا+ من ك…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
بفضل المؤلف الأستاذ يوسف اوزاكي (جامعة Kwansei Gakuin) والدكتور ت. إيتو (المعهد الوطني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا) لمناقشة مثمرة لهذا العمل. وأيد هذا العمل كاكينهي (معونات ج البحوث العلمية) من وزارة التربية والتعليم، والثقافة والرياضة، والعلوم والتكنولوجيا (رقم 16 ك 05671).
Materials
| Silver nitrate, 99.8% | Wako | 194-00832 | |
| Trisodium citrate dihydrate, 99. % | Wako | 191-01785 | |
| Poly-L-lysine aqueous solution, 0.1% | Sigma-Aldrich | P8920 | |
| 3,3'-disulfopropylthiacyanine triethylamine | Hayashibara Biochemical Laboratories | NK-2703 | a kind of thiacyanine dyes |
| 3,3'-diethyl-5,5'-dichloro-9-methylthiacarbocyanine iodine salt | Hayashibara Biochemical Laboratories | SMP-9 | a kind of thiacarobocyanine dyes |
| Sodium chloride, 99.5% | Wako | 191-01665 | |
| Dimroth condenser | Iwaki | 61-9722-22 | perchased from AS ONE |
| Magnetic stirrer | Corning | DC-420D | |
| Oil bath | Advantech | OS-220 | |
| Glass plate | Matsunami | S-1112 | Microscope slide |
| Blower | Hozan | Z-288 | Air duster |
| Liquid blocker pen | Daido Sangyo | LIQUID BLOCKER (Super Pap Pen). Ready-to-use hydrophobic barrier pen designed for immunohistochemistry applications | |
| Inverted microscope | Olympus | IX-70 | |
| Objective lens | Olympus | LCPlanFl 60× | NA 0.7 |
| Dark field condenser | Olympus | U-DCD | NA 0.8–0.92 |
| Cooled digital CCD camera | Hamamatsu | ORCA-AG | controlled by software Aqua Cosmos |
| Software for the cooled digital CCD camera | Hamamatsu | AquaCosmos | used for also derivation of the time-profiles from the blinking spots in the video |
| Color CCD camera | ELMO | TNC-C920 | not used for analysis |
| DPSS laser | RGB laser system | NovaPro532-75 | λ = 532 nm; 60 mW (corresponds to a power density of 600 W/cm2) |
| Interference filter | Semrock | LL01-532-12.5 | |
| Long pass filter | Semrock | BLP01-532R-25 | |
| Software for the distinguishment and counting of the bright/dark events | home-maid | programmed by C++ | |
| Software for the fitting by a power law | LightStone | Origin6.1 |
References
- Qian, X. M., Nie, S. M. Single-molecule and single-nanoparticle SERS: from fundamental mechanisms to biomedical applications. Chem. Soc. Rev. 37, 912-920 (2008).
- Pieczonka, N. P. W., Aroca, R. F. Single molecule analysis by surfaced-enhanced Raman scattering. Chem. Soc. Rev. 37, 946-954 (2008).
- Kneipp, J., Kneipp, H., Kneipp, K. SERS -a single-molecule and nanoscale tool for bioanalytics. Chem. Soc. Rev. 37, 1052-1060 (2008).
- Kitahama, Y., Ozaki, Y. Analysis of blinking SERS by a power law with an exponential function. Frontiers of Surface-Enhanced Raman Scattering: Single-Nanoparticles and Single Cells. , (2014).
- Kitahama, Y. Truncated Power Law Analysis of Blinking SERS. Frontiers of Plasmon Enhanced Spectroscopy Volume 1 (ACS Symposium series Vol. 1245). , (2016).
- Bizzarri, A. R., Cannistraro, S. Lévy Statistics of Vibrational Mode Fluctuations of Single Molecules from Surface-Enhanced Raman Scattering. Phys. Rev. Lett. 94, 068303 (2005).
- Kitahama, Y., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Power-law analysis of surface-plasmon-enhanced electromagnetic field dependence of blinking SERS of thiacyanine or thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7439-7448 (2011).
- Kitahama, Y., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Analysis of excitation laser intensity dependence of blinking SERRS of thiacarbocyanine adsorbed on single silver nanoaggregates by using a power law with an exponential function. Chem. Commun. 47, 3888-3890 (2011).
- Kitahama, Y., Enogaki, A., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Truncated power law analysis of blinking SERS of thiacyanine molecules adsorbed on single silver nanoaggregates by excitation at various wavelengths. J. Phys. Chem. C. 117, 9397-9403 (2013).
- Kitahama, Y., Araki, D., Yamamoto, Y. S., Itoh, T., Ozaki, Y. Different behaviour of molecules in dark SERS state on colloidal Ag nanoparticles estimated by truncated power law analysis of blinking SERS. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 21204-21210 (2015).
- Kitahama, Y., Nagahiro, T., Tanaka, Y., Itoh, T., Ozaki, Y. Analysis of blinking from multicoloured SERS-active Ag colloidal nanoaggregates with poly-L-lysine via truncated power law. J. Raman. Spectrosc. 48, 570-577 (2017).
- Habuchi, S., et al. Single-Molecule Surface Enhanced Resonance Raman Spectroscopy of the Enhanced Green Fluorescent Protein. J. Am. Chem. Soc. 125, 8446-8447 (2003).
- Weiss, A., Haran, G. Time-Dependent Single-Molecule Raman Scattering as a Probe of Surface Dynamics. J. Phys. Chem. B. 105, 12348-12354 (2001).
- Emory, S. R., Jensen, R. A., Wenda, T., Han, M., Nie, S. Re-examining the origins of spectral blinking in single-molecule and single-nanoparticle SERS. Faraday Discuss. 132, 249-259 (2006).
- Itoh, T., Iga, M., Tamaru, H., Yoshida, K., Biju, V., Ishikawa, M. Quantitative evaluation of blinking in surface enhanced resonance Raman scattering and fluorescence by electromagnetic mechanism. J. Chem. Phys. 136, 024703 (2012).
- Willets, K. A. Super-resolution imaging of SERS hot spots. Chem. Soc. Rev. 43, 3854-3864 (2014).
- Dieringer, J. A., Lettan, R. B., Scheidt, K. A., Van Duyne, R. P. A Frequency Domain Existence Proof of Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 129, 16249-16256 (2007).
- Cichos, F., von Borczyskowski, C., Orrit, M. Power-law intermittency of single emitters. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 12, 272-284 (2007).
- Tang, J., Marcus, R. A. Mechanisms of fluorescence blinking in semiconductor nanocrystal quantum dots. J. Chem. Phys. 123, 054704 (2005).
- Lee, P. C., Meisel, D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. J. Phys. Chem. 86, 3391-3395 (1982).
- Krichevsky, O., Bonnet, G. Fluorescence correlation spectroscopy: the technique and its applications. Rep. Prog. Phys. 65, 251-297 (2002).
- Hess, S. T., Huang, S., Heikal, A. A., Webb, W. W. Biological and Chemical Applications of Fluorescence Correlation Spectroscopy: A Review. Biochemistry. 41, 697-705 (2002).
