Osservazione e analisi del lampeggiante superficie-enhanced Raman Scattering
Summary
Questo protocollo descrive l’analisi del lampeggiante superficie-enhanced Raman scattering dovuto il cammino casuale di una singola molecola su una superficie d’argento utilizzando leggi di potenza.
Abstract
Da una singola molecola in un incrocio di nanoaggregati argento, lampeggiante superficie-enhanced Raman scattering (SERS) è osservato. Qui, un protocollo è presentato su come preparare il SERS-attivo argento nanoaggregati, registrare un video di alcuni punti lampeggianti dell’immagine microscopica e analizzare le statistiche di lampeggiante. In questa analisi, una legge di potenza riproduce le distribuzioni di probabilità per eventi luminosi rispetto alla loro durata. Le distribuzioni di probabilità per eventi oscuri sono dotate di una legge di potenza con una funzione esponenziale. I parametri della legge di potere rappresentano il comportamento molecolare negli Stati sia chiaro e scuri. Il modello di random walk e la velocità della molecola su tutta la superficie d’argento può essere stimati. È difficile stimare anche quando si utilizzano medie, funzioni di autocorrelazione e super-risoluzione SERS imaging. In futuro, analisi di legge di potenza dovrebbero combinarsi con imaging spettrale, perché le origini del lampeggiante non possono essere confermate da questo metodo di analisi da solo.
Introduction
Superficie-enhanced Raman scattering (SERS) è altamente sensibile spettroscopia Raman da una superficie di metallo nobile. Poiché lo spettro Raman fornisce informazioni dettagliate sulla struttura molecolare sulla base delle posizioni di picco acuto, attraverso i modi vibrazionali di gruppi funzionali nelle molecole, è possibile analizzare le informazioni di una singola molecola su una superficie metallica usando SERS1,2,3. Da un argento nanoaggregati con un adsorbato a livello di singola molecola, un segnale lampeggio è osservato1,2,3,4,5,6, 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16e lo spettro fluttua1,2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14. Lampeggiante può essere indotta da una singola molecola che casualmente si muove dentro e fuori un maggiore campo elettromagnetico (EM) in un incrocio di nanoaggregati d’argento di dimensioni nanometriche. Di conseguenza, lampeggiante è considerato prova semplice per il rilevamento di singola molecola, confrontato con una tecnica che utilizza una distribuzione di Poisson di intensità di SERS e un bi-analita2,3,17. Tuttavia, i meccanismi dettagliati dello spettro lampeggio e fluttuante, che può dipendere fortemente il comportamento molecolare sulla superficie Ag, sono ancora controversi.
Negli studi precedenti, lampeggiante SERS è stato analizzato utilizzando la funzione di autocorrelazione, che può calcolare il coefficiente di diffusione e la concentrazione delle molecole in movimento dentro e fuori un’avanzata EM campo12,13,14 . Inoltre, un punteggio di deviazione standard normalizzata, che rappresenta instabilità dell’intensità totale, è stato derivato dal profilo tempo del segnale15. Tuttavia, questi approcci analitici possono basarsi sul comportamento di alcune molecole. Al contrario, in un imaging di Super-risoluzione del lampeggiante SERS, comportamento di singola molecola in un maggiore campo di EM può essere identificato16. Tuttavia, queste tecniche possono ottenere tali parametri solo in un maggiore campo di EM. Il comportamento casuale di una singola molecola all’interno di una vasta gamma (per esempio, nel lampeggiante SERS) può essere rappresentato come una legge di potenza piuttosto che una media4,5,6,7,8 ,9,10,11, simili a fluorescenza lampeggia da un singolo semiconductor quantum dot (QD)18,19. Utilizzando un potere legge analisi4,5,6,7,8,9,10,11, comportamento molecolare può essere stimato in stato brillante (nel campo EM avanzato) sia stato scuro10; ovvero, il comportamento della molecola su tutta la superficie d’argento può essere stimato.
Per questa tecnica, argento colloidale nanoaggregati sono usato4,5,6,7,8,9,10,11. Questi nanoaggregati mostrano varie bande di risonanza (LSPR) plasmonica di superficie localizzata che influiscono fortemente rafforzate campi elettromagnetici quando sono eccitati a determinate lunghezze d’onda. Così, argento SERS-attivo nanoparticelle presenti in sospensione colloidale e alcuni dati immediatamente possa essere ottenuto. Nel caso di semplice nanostrutture, che hanno accordi, forme e dimensioni specifiche, la dipendenza di LSPR della SERS lampeggiante può celare altre dependences7; vale a dire, se la nanostruttura buona o cattiva a LSPR viene utilizzata, i parametri sarà costanti, e le altre dipendenze pertanto saranno nascosto. Analisi della legge di potenza sono stato utilizzato per scoprire varie dipendenze della SERS lampeggiante da argento colloidale nanoaggregati4,5,6,7,8, 9 , 10 , 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dallo svincolo di nanoaggregati argento, SERS è emessa. Quindi, abbiamo bisogno di preparare nanoaggregati piuttosto che nanoparticelle colloidali, che sono coperti con gli anioni citrato. Aggregati d’argento sono formati dall’effetto creato tramite l’aggiunta di poli-L-lisina, che ha -NH3+ ed è l’origine della SERS, la salatura o cationi Na+ da NaCl, come mostrato in Figura S2 del materiale supplementare. Inoltre, per illuminare i molti punti nella vasta area, il raggi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L’autore ringrazia il Prof Y. Ozaki (Kwansei Gakuin University) e Dr. T. Itoh (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) per la loro proficua discussione su quest’opera. Questo lavoro è stato supportato da KAKENHI (sovvenzione per Scientific Research C) dal Ministero della pubblica istruzione, cultura, sport, scienza e tecnologia (n. 16K 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 |
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