Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

НОВЫЙ ТИП МЕТОК ДЛЯ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ: ЗОЛОТЫЕ НАНОСТЕРЖНИ С СЕРЕБРЯНОЙ ОБОЛОЧКОЙ С ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ АРОМАТИЧЕСКИМИ МОЛЕКУЛАМИ

Полный текст:

Аннотация

Метки на основе гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) представляют собой новый тип нанопроб, состоящих из металлической наночастицы с адсорбированными молекулами-репортерами комбинационного рассеяния (КР). «Яркость» единичной метки зависит от сечения комбинационного рассеяния репортеров и усиливающих свойств частицы. В работе синтезированы девять типов композитных наночастиц, состоящих из золотых наностержней длиной 81 нм и диаметром 25 нм, функционализованных девятью различными тиолированными ароматическими молекулами и покрытых серебряной оболочкой толщиной 14 нм. Эффективность КР всех репортерных молекул оценена по измеренным спектрам в этаноле. Измерены спектры ГКР при адсорбции репортерных молекул на поверхности золотых наностержней до и после покрытия частиц серебряной оболочкой. Покрытие золотых наностержней с адсорбированными тиолированными молекулами серебряной оболочкой приводит к увеличению фактора усиления ГКР на два порядка: 8.5 × 106 для нанокомпозитов по сравнению с усилением 2.5 × 104 для поверхностно функционализованных золотых наностержней. На основе данных теоретического моделирования показано, что сверхсильное усиление ГКР внутри композитных наностержней связано с усилением электромагнитного поля на границе металлических слоев. Таким образом, в полученных композитных наночастицах реализуется специфический вариант электромагнитного усиления сигнала ГКР от репортерных молекул на границе раздела Au/Ag, отличный от усиления локального поля вблизи на поверхности плазмонной частицы.

Об авторах

Б. Н. Хлебцов
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук
Россия
410049, Саратов, просп. Энтузиастов, 13


В. А. Ханадеев
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук
Россия
410049, Саратов, просп. Энтузиастов, 13


А. М. Буров
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук
Россия
410049, Саратов, просп. Энтузиастов, 13


Н. Г. Хлебцов
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук; Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Россия

410049, Саратов, просп. Энтузиастов, 13 

410012, Саратов, ул. Астраханская, 83 



Список литературы

1. Fleischm M., Hendra P.J., McQuillan A.J. Raman spectra of pyridine adsorbed at a silver electrode // Chem. Phys. Lett. 1974. V. 26. P. 163.

2. Jeanmaire D.L., VanDuyne R.P. Surface Raman spectroelectrochemistry. Part I. heterocyclic, aromatic, and aliphatic amines adsorbed on the anodized silver electrode // J. Electroanal. Chem. 1977. V. 84. P. 1.

3. Albrecht M.G., Creighton J.A. Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode // J. Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. P. 5215.

4. Alvarez-Puebla R.A., Liz-Marzán L.M. SERS-based diagnosis and biodetection // Small. 2010. V. 6. P. 604.

5. Kneipp J., Wittig B., Bohr H., Kneipp K. Surface-enhanced Raman scattering: a new optical probe in molecular biophysics and biomedicine // Theor. Chem. Acc. 2010. V. 125. P. 319.

6. Doering W.E., Piotti M.E., Natan M.J., Freeman R.G. SERS as a Foundation for Nanoscale, Optically Detected Biological Labels // Adv. Mater. 2007. V. 19. P. 3100.

7. Banholzer M.J., Millstone J.E., Qin L., Mirkin C.A. Rationally designed nanostructures for surface-enhanced Raman spectroscopy // Chem. Soc. Rev. 2008. V. 37. P. 885.

8. Wang Y., Yan B., Chen L. SERS tags: novel optical nanoprobes for bioanalysis // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 1391−1428.

9. Kang T., Yoo S.M., Yoon I., Lee S.Y., Kim B. Patterned multiplex pathogen DNA detection by Au particle-on-wire SERS sensor // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 1189.

10. Wang Y., Seebald J.L., Szeto D.P., Daniel P., Irudayaraj J. Biocompatibility and biodistribution of surface-enhanced Raman scattering nanoprobes in zebrafish embryos: In vivo and multiplex imaging // ACS Nano. 2010. V. 4. P. 4039.

11. Yin J., Wu T., Song J.B., Zhang Q., Liu S.Y., Xu R., Duan H.W. SERS-active nanoparticles for sensitive and selective detection of cadmium ion (Cd2+) // Chem. Mater. 2011. V. 23. P. 4756.

12. Krpetic Z., Guerrini L., Larmour I.A., Reglinski J., Faulds K., Graham D. Importance of nanoparticle size in colorimetric and SERS-based multimodal trace detection of Ni(II) ions with functional gold nanoparticles // Small. 2012. V. 8. P. 707.

13. Kim J.H., Kim J.S., Choi H., Lee S.M., Jun B.H., Yu K.N., Kuk E., Kim Y.K., Jeong D.H., Cho M.H., Lee Y.S. Nanoparticle probes with surface enhanced Raman spectroscopic tags for cellular cancer targeting // Anal. Chem. 2006. V. 78. P. 6967.

14. Wu L.Y., Ross B.M., Hong S., Lee L.P. Bioinspired nanocorals with decoupled cellular targeting and sensing functionality // Small 2010. V. 6. P. 503.

15. Sha M.Y., Xu H., Natan M.J., Cromer R.J. Surface-enhanced Raman scattering tags for rapid and homogeneous detection of circulating tumor cells in the presence of human whole blood // Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. P 17214.

16. McQueenie R., Stevenson R., Benson R., Macritchie N., McInnes I., Maffia P., Faulds K., Graham D., Brewer J., Garside P. Detection of inflammation in vivo by surface-enhanced Raman scattering provides higher sensitivity than conventional fluorescence imaging // Anal. Chem. 2012. V. 84. P. 5968.

17. Li M., Banerjee S.R., Zheng Ch., Pomrer M.G., Barman I. Ultrahigh affinity Raman probe for targeted live cell imaging of prostate cancer // Chem. Sci. 2016. V. 7. P. 6779.

18. Su X., Wang Y., Wang W., Sun K., Chen L. Phospholipid Encapsulated AuNR@Ag/Au Nanosphere SERS Tags with Environmental Stimulus Responsive Signal Property // ACS Appl. Mater. Interfac. 2016. V. 8. P. 10201.

19. Xia X., Li W., Zhang Y., Xia Y. Silica-coated dimers of silver nanospheres as surface-enhanced Raman scattering tags for imaging cancer cells // Interface Focus. 2013. V. 3 (3). P. 20120092.

20. Mir-Simon B., Reche-Perez I., Guerrini L., Pazos-Perez N., Alvarez-Puebla R.A. Universal one-pot and scalable synthesis of SERS encoded nanoparticles // Chem. Mater. 2015. V. 27. P. 950.

21. Seney C.S., Gutzman B.M., Goddard R.H. Correlation and characterization of three-dimensional morphologically dependent localized surface plasmon resonance spectra of single silver nanoparticles using dark-field optical microscopy and spectroscopy and atomic force microscopy // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 74.

22. Talley C.E., Jackson J.B., Oubre C., Grady N.K., Hollars C.W., Lane S.M., Huser T.R., Nordlander P., Halas N.J. Surface-enhanced Raman scattering from individual Au nanoparticles and nanoparticle dimer substrates // Nano Lett. 2005. V. 5. P. 1569.

23. Jiang L., Qian J., Cai F., He S. Raman reporter-coated gold nanorods and their applications in multimodal optical imaging of cancer cells // Anal. Bioanal. Chem. 2011. V. 400. P. 2793.

24. Boca S.C., Astilean S. Detoxification of gold nanorods by conjugation with thiolated pol(ethylene glycol) and their assessment as SERS-active carriers of Raman tags // Nanotechnology. 2010. V. 21. P. 235601.

25. Rodríguez-Lorenzo L., Alvarez-Puebla R.A., Pastoriza-Santos I., Mazzucco S., Stéphan O., Kociak M., Liz-Marzán L.M., Garcia de Abajo F.J. Zeptomol detection through controlled ultrasensitive surface-enhanced Raman scattering // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 4616.

26. Ochsenkuhn M.A., Jess P.R.T., Stoquert H., Dholakia K., Campbell C.J. Nanoshells for surface-enhanced Raman spectroscopy in eukaryotic cells: cellular response and sensor development // ACS Nano. 2009. V. 3. P. 3613.

27. Pande S., Ghosh S.K., Praharaj S., Panigrahi S., Basu S., Jana S., Pal A., Tsukuda T., Pal T. Synthesis of normal and inverted gold— silver core—shell architectures in β-cyclodextrin and their applications in SERS // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 10806.

28. Dieringer J.A., McFarland A.D., Shah N.C., Stuart D.A., Whitney A.V., Yonzon C.R., Young M.A., Zhang X., Van Duyne R.P. Surface enhanced Raman spectroscopy: new materials, concepts, characterization tools, and applications // Faraday Discuss. 2006. V. 132. P. 9.

29. Fang Y., Seong N.-H., Dlott D.D. Measurement of the distribution of site enhancements in surface-enhanced Raman scattering // Science 2008. V. 321. P. 388.

30. Lim D.-K., Jeon K.-S., Hwang J.-H., Kim H., Kwon S., Shu Y. D., Nam J.-M. Highly uniform and reproducible surface-enhanced Raman scattering from DNA-tailorable nanoparticles with 1-nm interior gap // Nat. Nanotehc. 2011. V. 6. P. 452.

31. Gandra N., Singamaneni S. Bilayered Raman-intense gold nanostructures with hidden tags (BRIGHTs) for high-resolution bioimaging // Adv. Mater. 2013. V. 25. P. 1022.

32. Khlebtsov N.G., Khlebtsov B.N. Optimal design of gold nanomatryoshkas with embedded Raman reporters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 190. P. 89.

33. Lin L., Zapata M., Xiong M., Liu Zh., Wang Sh., Xu H., Borisov A.G., Gu H., Nordlander P., Aizpurua J., Ye J. Nanooptics of plasmonic nanomatryoshkas: shrinking the size of a core−shell junction to subnanometer // Nano Lett. 2015. V. 15. P. 6419.

34. Khlebtsov B., Khanadeev V., Khlebtsov N. Surface-enhanced Raman scattering inside Au@Ag core/shell nanorods // Nano Research. 2016. V. 9. P. 2303.

35. Ye X., Zheng Ch., Chen J., Gao Y., Murray C.B. Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods // Nano Lett. 2013. V. 13. P. 765.

36. Khlebtsov B.N., Khanadeev V.A., Ye J., Sukhorukov G.B., Khlebtsov N.G. Overgrowth of gold nanorods by using a binary surfactant mixture // Langmuir. 2014. V. 30. P. 1696.

37. Johnson P.B., Christy R.W. Optical constants of noble metals // Phys. Rev. B. 1972. V.12. P. 4370.

38. Samanta A., Maiti K.K., Soh K.-S., Liao X., Vendrell M., Dinish U.S., Yun S.-W., Bhuvaneswari R., Kim H., Rautela Sh., Chung J., Olivo M., Chang Y.-T. Ultrasensitive near-infrared Raman reporters for SERS-based in vivo cancer detection // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 6089.

39. Smitha S.L., Gopchandran K.G., Ravindran T.R., Prasad V.S. Gold nanorods with finely tunable longitudinal surface plasmon resonance as SERS substrates // Nanotechnology. 2011. V. 22. P. 265705.

40. Khlebtsov B., Khanadeev V., Pylaev T., Khlebtsov N. A New T-matrix solvable model for nanorods: TEM-based ensemble simulations supported by experiments // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 6317.

41. Perez-Juste J., Pastoriza-Santos I., Liz-Marzan L.M., Mulvaney P. Gold nanorods: synthesis, characterization and applications // Coord. Chem. Rev. 2005. V. 249. P. 1870.

42. Lin L., Liu Zh., Li X., Gu H., Ye J. Quantifying the reflective index of nanometer-thick thiolated molecular layers on nanoparticles // Nanoscale. 2017. DOI: 10.1039/C6NR08501F

43. Le Ru E.C., Blackie E., Meyer M., Etchegoin P.G. Surface enhanced Raman scattering enhancement factors: a comprehensive study // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 13794.

44. Mahajan S., Cole R.M., Speed J.D., Pelfrey S.H., Russell A.E., Bartlett P.N., Barnett S.M., Baumberg J.J. Understanding the surface-enhanced Raman spectroscopy «background» // Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 7242.

45. Tebbe M., Kuttner Ch., Mayer M., Maennel M., Pazos-Perez N., König T.A.F., Fery A. Silver-overgrowth induced changes in intrinsic optical properties of gold nanorods: From non-invasive monitoring of growth kinetics to tailoring internal mirror charges // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 9513.

46. Хлебцов Б.Н., Ханадеев В.А., Богатырев В.А., Дыкман Л.А., Хлебцов Н.Г. Синтез, стабилизация и оптические свойства золотых наностержней с серебряной оболочкой // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 7–8. С. 93.

47. Kang J.W., So P.T.C., Dasari R.R., Lim D.-K. High resolution live cell Raman imaging using subcellular organelle-targeting SERS sensitive gold nanoparticles with highly narrow intra-nanogap // Nano Lett. 2015. V. 15. P. 1766.

48. Хлебцов Б.Н., Ханадеев В.А., Максимова И.Л., Терентюк Г.С., Хлебцов Н.Г. Cеребряные нанокубики и золотые наноклетки: синтез, оптические и фототермические свойства // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. № 7–8. С. 54.

49. Khlebtsov B.N., Liu Zh., Ye J., Khlebtsov N.G. Au@Ag core/shell cuboids and dumbbells: optical properties and SERS response // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 2015. V. 167. P. 64.

50. Wang S., Liu Z., Bartic C., Xu H., Ye J. Improving SERS uniformity by isolating hot spots in gold rod-in-shell nanoparticles // J. Nanopart. Res. 2016. V. 18. P. 246.

51. Zhou Y., Zhang P. Simultaneous SERS and surface-enhanced fluorescence from dyeembedded metal core-shell nanoparticles // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. P. 8791.

52. Shen W., Lin X., Jiang C., Li C., Lin H., Huang J., Wang S., Liu G., Yan X., Zhong Q., Ren B. Reliable quantitative SERS analysis facilitated by core–shell nanoparticles with embedded internal standards // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. V. 127. P. 7416.

53. Zhang R., Zhang Y., Dong C.Z., Jiang S., Zhang C., Chen L.G., Liao Y., Aizpura J., Luo Y., Yang J.L., Hou J.G. Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering // Nature 2013. V. 498. P. 82.

54. Zhang Y., Qiu Y., Lin L., Gu H., Xiao Z., Ye J. Ultraphotostable mesoporous silica-coated gap-enhanced Raman tags (GERTs) for high-speed bioimaging // ACS Appl. Mater. Interfac. 2017. V. 9. P. 3995.


Просмотров: 55


ISSN 1992-7223 (Print)