Наблюдение и анализ мигает поверхности расширение комбинационного рассеяния
Summary
Этот протокол описывает анализ мигает поверхности расширение комбинационного рассеяния вследствие случайного блуждания одной молекулы на поверхность серебра, с помощью силы законов.
Abstract
С одной молекулы на перекрестке Серебряный nanoaggregate наблюдается мигание поверхности расширение комбинационного рассеяния (Серов). Здесь, представлены протокол о том, как подготовить SERS-активные Серебряный nanoaggregate, запись видео некоторых мигающий пятен в микроскопических изображений и анализа мигающий статистики. В этом анализе власть закона воспроизводит распределения вероятностей для ярких событий по отношению к их продолжительность. Распределения вероятностей для темных событий установлены законом питания с экспоненциальной функции. Параметры власть закона представляют молекулярной поведение в ярких и темных государствах. Может быть оценена модель случайного блуждания и скорость молекулы по всей поверхности серебра. Трудно оценить даже при использовании средние, автокорреляционной функции и суперразрешением SERS изображений. В будущем власть закона анализы должны сочетаться с спектральных изображений, потому что истоки мигает не может быть подтверждено только методом анализа.
Introduction
Поверхность расширение комбинационного рассеяния (Серов) является высокочувствительным Рамановская спектроскопия от поверхности благородного металла. Так как спектр Раман предоставляет подробные сведения о молекулярной структуры, основанной на острый пик позиции, через колебательных режимах функциональных групп в молекулах, могут расследоваться информации одной молекулы на поверхности металла с помощью SERS1,2,3. Из серебра nanoaggregate с на уровне одной молекулы адсорбата мигающий сигнал наблюдается1,2,3,4,5,6, 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16и спектр колеблется1,2,3,4,5,6,,78, 9,10,11,12,,1314. Мигание может быть вызвана одной молекулы, что случайно перемещается из расширенной электромагнитное поле (EM) на стыке нанометрового размера серебра nanoaggregate. Поэтому мигает считается простые доказательства для обнаружения одной молекулы, по сравнению с техникой с использованием распределения Пуассона SERS интенсивности и3,Би аналита в2,17. Однако подробные механизмы мигающий и колебания спектра, который может сильно зависеть от молекулярных поведение на поверхности Ag, остается спорным.
В предыдущих исследованиях мигает SERS был проанализирован с помощью автокорреляционной функции, которые можно рассчитать коэффициент диффузии и концентрация молекул, движущихся из расширенной ЭМ поля12,13,14 . Кроме того Оценка нормированное стандартное отклонение, которое представляет нестабильность в общей интенсивности, почерпнута из профиля время сигнала15. Однако эти аналитические подходы могут основываться на поведение нескольких молекул. Напротив в супер-резолюции изображений мигает SERS, сингл молекула поведение в расширенной ЭМ поля может быть определены16. Однако эти методы могут получить такие параметры только в расширенной ЭМ поля. Случайное поведение одной молекулы в широком диапазоне (например, в мигающий SERS) может быть представлено как власть закона, вместо того, чтобы средний4,5,6,7,8 ,9,10,11, похожими на мигающий флуоресценции из одного полупроводниковых квантовых точка (QD)18,19. Используя власть закона анализа4,5,6,7,8,9,10,11, молекулярные поведение может быть оценена в яркие государства (в расширенной области EM) и темное состояние10; то есть можно оценить поведение молекулы на всей поверхности серебра.
Для этой техники, коллоидное серебро nanoaggregates являются используемые в4,5,6,,78,9,10,11. Эти nanoaggregates показывают различные локализованные поверхностного плазмон резонанс (ЛСПР) полос, которые сильно влияют на расширение электромагнитных полей, когда они рады на определенных длин волн. Таким образом можно сразу получить SERS-активные серебряные наночастицы существуют в коллоидной суспензии и некоторые данные. В случае простой наноструктур, которые имеют конкретные размеры, формы и механизмы, ЛСПР зависимость SERS мигает можно скрыть другие зависимости7; а именно если используется хорошо или плохо наноструктур для ЛСПР, параметры будет постоянным, и поэтому другие зависимости будут скрыты. Анализ питания закон был использован для обнаружения различных зависимостей мигающий SERS Серебро коллоидное nanoaggregates4,5,6,,78, 9 , 10 , 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
От перекрестка Серебряный nanoaggregate выдается SERS. Таким образом нам нужно подготовить nanoaggregates, вместо того, чтобы коллоидных наночастицы, которые покрыты цитрат анионов. Серебряный агрегатов образуются из солить, эффект, созданный путем добавления поли L-лизин, которая -NH-3+ и пр…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Автор благодарит профессор ю. Озаки (Kwansei Гакуин университет) и д-р T. Ито (национального института передовых промышленных наук и технологий) за их плодотворное обсуждение этой работы. Эта работа была поддержана KAKENHI (целевые субсидии для научных исследований C) от министерства образования, культуры, спорта, науки и технологии (№ 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 |
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).
