Detección cuantitativa de SERS de ácido úrico a través de la formación de nanouniones plasmónicas precisas dentro de agregados de nanopartículas de oro y cucurbitáceas
Summary
Se formó un complejo huésped-huésped de cucurbitácea[7]uril y ácido úrico en una solución acuosa antes de agregar una pequeña cantidad a la solución Au NP para la detección cuantitativa de espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) utilizando un espectrómetro modular.
Abstract
Este trabajo describe un método rápido y altamente sensible para la detección cuantitativa de un biomarcador importante, el ácido úrico (UA), a través de la espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS) con un límite de detección bajo de ~ 0.2 μM para múltiples picos característicos en la región de huellas dactilares, utilizando un espectrómetro modular. Este esquema de biodetección está mediado por la complejación huésped-huésped entre un macrociclo, cucurbitácea[7]uril (CB7) y UA, y la posterior formación de nanouniones plasmónicas precisas dentro de los nanoagregados Au NP: CB7 autoensamblados. También se ha realizado una síntesis fácil de Au NP de tamaños deseables para sustratos SERS basada en el enfoque clásico de reducción de citratos con una opción que se facilitará utilizando un sintetizador automatizado construido en laboratorio. Este protocolo se puede extender fácilmente a la detección multiplexada de biomarcadores en fluidos corporales para aplicaciones clínicas.
Introduction
El ácido úrico, que es el producto final del metabolismo de los nucleótidos de purina, es un biomarcador importante en el suero sanguíneo y la orina para el diagnóstico de enfermedades como la gota, la preeclampsia, las enfermedades renales, la hipertensión, las enfermedades cardiovasculares y la diabetes 1,2,3,4,5. Los métodos actuales para la detección de ácido úrico incluyen ensayos enzimáticos colorimétricos, cromatografía líquida de alto rendimiento y electroforesis capilar, que consumen mucho tiempo, son costosos y requieren una preparación sofisticada demuestras 6,7,8,9.
La espectroscopia Raman mejorada con superficie es una técnica prometedora para el diagnóstico rutinario en el punto de atención, ya que permite la detección selectiva de biomoléculas a través de sus huellas dactilares de vibración y ofrece numerosas ventajas, como alta sensibilidad, respuesta rápida, facilidad de uso y preparación de muestras nula o mínima. Los sustratos SERS basados en nanopartículas de metales nobles (por ejemplo, Au NP) pueden mejorar las señales Raman de las moléculas de analito de 4 a 10 órdenes de magnitud10 a través de una fuerte mejora electromagnética causada por la resonancia de plasmónde superficie 11. Au NPs de tamaños personalizados se pueden sintetizar fácilmente en lugar de la fabricación lenta de nanocompuestos metálicos complejos12, y por lo tanto son ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas debido a sus propiedades superiores 13,14,15,16. La unión de moléculas macrocíclicas, cucurbitáceas (CBn, donde n = 5-8, 10), en la superficie de Au NP puede mejorar aún más las señales SERS de las moléculas de analito, ya que las moléculas CB altamente simétricas y rígidas pueden controlar el espaciado preciso entre las Au NP y localizar las moléculas de analito en el centro o en las proximidades de los puntos calientes plasmónicos a través de la formación de complejos huésped-huésped (Figura 1) 17, 18,19,20. Ejemplos anteriores de estudios SERS utilizando Au NP: Los nanoagregados CBn incluyen nitroexplosivos, aromáticos policíclicos, diaminoestilbeno, neurotransmisores y creatinina 21,22,23,24,25, con las mediciones de SERS realizadas en una cubeta o cargando una pequeña gota en un portamuestras hecho a medida. Este esquema de detección es particularmente útil para cuantificar rápidamente biomarcadores en una matriz compleja con una alta reproducibilidad.
Aquí, se demostró un método fácil para formar complejos huésped-huésped de CB7 y un biomarcador importante UA, y para cuantificar UA con un límite de detección de 0.2 μM a través de agregaciones mediadas por CB7 de Au NP en medios acuosos utilizando un espectrómetro modular, que es prometedor para aplicaciones diagnósticas y clínicas.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método de síntesis automatizada descrito en el protocolo permite sintetizar de forma reproducible Au NP de tamaños crecientes. Aunque hay algunos elementos que aún deben llevarse a cabo manualmente, como la adición rápida de citrato de sodio durante la síntesis de semillas y la verificación periódica para garantizar que el tubo PEEK sea seguro, este método permite Au NP de grandes tamaños (hasta 40 nm), que generalmente requerirían múltiples inyecciones manuales de HAuCl4 y citrato de sodio, p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TCL agradece el apoyo de la Royal Society Research Grant 2016 R1 (RG150551) y el UCL BEAMS Future Leader Award financiado a través del premio de Patrocinio Institucional por el EPSRC (EP/P511262/1). WIKC, TCL e IPP agradecen la beca financiada por el Programa de Vinculación a la Investigación A*STAR-UCL a través del EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1). GD y TJ desean agradecer al EPSRC M3S CDT (EP/L015862/1) por patrocinar su beca. TJ y TCL reconocen a Camtech Innovations por su contribución a la matrícula estudiantil de TJ. Todos los autores están agradecidos con el Fondo de Acceso Abierto de 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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