[go: up one dir, main page]

RU2708546C1 - Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet - Google Patents

Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet Download PDF

Info

Publication number
RU2708546C1
RU2708546C1 RU2019111031A RU2019111031A RU2708546C1 RU 2708546 C1 RU2708546 C1 RU 2708546C1 RU 2019111031 A RU2019111031 A RU 2019111031A RU 2019111031 A RU2019111031 A RU 2019111031A RU 2708546 C1 RU2708546 C1 RU 2708546C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
serum albumin
human serum
silver
raman scattering
molecules
Prior art date
Application number
RU2019111031A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Юрьевич Зюбин
Елизавета Ивановна Константинова
Василий Анатольевич Слежкин
Карина Игоревна Матвеева
Илья Геннадьевич Самусев
Максим Викторович Демин
Валерий Вениаминович Брюханов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority to RU2019111031A priority Critical patent/RU2708546C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2708546C1 publication Critical patent/RU2708546C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: optics; biophysics.
SUBSTANCE: method of obtaining amplified signal of Raman scattering of light from human serum albumin molecules in liquid droplets by means of plasmon effect induced on silver nanoparticles by coherent laser radiation, characterized in that an aqueous drop containing human serum albumin and silver nanoparticles of size 32 nm is applied on the silver film. Laser is then focused on the portion of the drop having the greatest radius of curvature, and the enhanced Raman scattering of the protein molecules near the drop surface is detected.
EFFECT: technical result consists in the possibility of obtaining a repeated signal of giant Raman scattering from protein molecules – human serum albumin in a solution, performing its detection and subsequent determination of structure in native form.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области физики, а именно к оптике, и представляет способ получения усиленного сигнала комбинационного рассеяния света от молекул сывороточного альбумина человека (до порядков 103) с помощью электромагнитного поля плазмонов, генерируемых под действием когерентного лазерного излучения на структурированных и коллоидных наночастицах серебра. Изобретение может быть использовано в физике, биофизике, медицине.The invention relates to the field of physics, namely to optics, and provides a method for obtaining an amplified Raman signal from human serum albumin molecules (up to orders of 10 3 ) using the electromagnetic field of plasmons generated by coherent laser radiation on structured and colloidal silver nanoparticles. The invention can be used in physics, biophysics, medicine.

Известны работы, являющиеся предпосылками заявляемого изобретения. Нижеприведенные примеры составляют часть предпосылок заявляемого изобретения и/или раскрывают методики, которые можно применять к некоторым аспектам заявляемого изобретения.Known works that are the prerequisites of the claimed invention. The following examples form part of the premises of the claimed invention and / or disclose techniques that can be applied to some aspects of the claimed invention.

В частности, в работе (Dasary S. S. R. et al. Gold nanoparticle based label-free SERS probe for ultrasensitive and selective detection of trinitrotoluene // Journal of the American Chemical Society. - 2009. - T. 131. - №. 38. - C. 13806-13812) предложен метод обнаружения ряда взрывчатых веществ в низких концентрациях. Проблема детектирования заключается в неодостаточной степени повторяемости сигнала ГКР, а также в подборе рабочей концентрации вещества, т.к. следы аналита могут быть, как рассеяны в воздухе в малой концентрации, так и содержаться в больших концентрациях и не давать разрешенного спектра. Некоторые из наиболее часто встречаемых взрывчатых веществ, таких как тринитротолуол, гексоген и пентаэритриттетранитрат, имеют очень низкое давление паров, и, как следствие, низкий предел обнаружения. Интенсивные исследования тринитротолуола показали, что данное вещество дает низкий уровень спектрального сигнала и демонстрирует высокую чувствительность к средствам усиления сигнала ГКР. В частности, в работе [Bertone J.F., Spencer K.M., Sylvia J.M. Fingerprinting CBRNE materials using surface-enhanced Raman scattering // Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and Explosives (CBRNE) Sensing IX. - International Society for Optics and Photonics, 2008. - T. 6954. - C. 69540J] приведена методология применения гидроксида натрия для обработки средств усиления спектрального сигнала, созданных на основе золота. Однако в данном способе используется источник лазерного излучения - 100 Вт, что очень высоким значением мощности, которое может нести угрозу повреждения образца. Указанные изобретения применяются для исследования сложных, обладающих низкой интенсивностью рассеяния соединений, таких как бактериальная клетка. Как уже было отмечено, главной особенностью спектроскопии ГКР является присутствие НЧ металла (например, золото и серебро) в контакте с аналитом, в том числе помещение НЧ и аналита на полученную литографическим методом поверхность для возбуждения поверхностного плазмонного-поляритонного резонанса при лазерном воздействии в целях усиления сигнала КР анализируемой молекулы. Применение спектроскопии ГКР обеспечивает быструю и надежную идентификацию соединений в области «отпечатка пальца»; в перспективе спектроскопия ГКР может выступать мощным аналитическим инструментом для точного, специфичного и повторяемого анализа структуры молекул [Tripp R.A., Dluhy R.A., Zhao Y. Novel nanostructures for SERS biosensing // Nano Today. - 2008. - T. 3. - №.3. - C. 31-37]. Спектроскопия ГКР применяется для безметочного молекулярного анализа и может быть использована для определения широкого спектра соединений. Так, эффект ГКР может применяться для анализа ДНК [Kneipp K. et al. Detection and identification of a single DNA base molecule using surface-enhanced Raman scattering (SERS) // Physical Review E. - 1998. - T. 57. - №.6. - C. R6281], лекарственных препаратов [Stokes R.J. et al. Surface-enhanced Raman scattering spectroscopy as a sensitive and selective technique for the detection of folic acid in water and human serum // Applied spectroscopy. - 2008. - T. 62. - №.4. - C. 371-376], пищевых добавок [Lin M. et al. Detection of melamine in gluten, chicken feed, and processed foods using surface enhanced Raman spectroscopy and HPLC // Journal of food science. - 2008. - T. 73. - №.8], клеток и спор [Alexander Т.A., Le D.M. Characterization of a commercialized SERS-active substrate and its application to the identification of intact Bacillus endospores // Applied optics. - 2007. - T. 46. - №.18. - C. 3878-3890]. Основными проблемами выше обозначенных работ являются низкая повторяемость регистрируемого сигнала гигантского комбинационного рассеяния, а также технологическая сложность изготовления подобных структур.In particular, in (Dasary SSR et al. Gold nanoparticle based label-free SERS probe for ultrasensitive and selective detection of trinitrotoluene // Journal of the American Chemical Society. - 2009. - T. 131. - No. 38. - C . 13806-13812) a method for the detection of a number of explosives in low concentrations is proposed. The detection problem lies in the insufficient degree of repeatability of the SERS signal, as well as in the selection of the working concentration of the substance, because traces of the analyte can either be scattered in air in a low concentration or be contained in high concentrations and not give an allowed spectrum. Some of the most commonly encountered explosives, such as trinitrotoluene, hexogen and pentaerythritol tetranitrate, have very low vapor pressure and, as a consequence, a low detection limit. Intensive studies of trinitrotoluene have shown that this substance gives a low level of spectral signal and demonstrates high sensitivity to means of amplification of the SERS signal. In particular, in [Bertone J.F., Spencer K.M., Sylvia J.M. Fingerprinting CBRNE materials using surface-enhanced Raman scattering // Chemical, Biological, Radiological, Nuclear, and Explosives (CBRNE) Sensing IX. - International Society for Optics and Photonics, 2008. - T. 6954. - C. 69540J] provides a methodology for using sodium hydroxide for processing spectral signal amplification agents based on gold. However, in this method, a 100 W laser source is used, which is a very high power value, which can pose a threat to sample damage. These inventions are used to study complex compounds having a low scattering intensity, such as a bacterial cell. As already noted, the main feature of SERS spectroscopy is the presence of metal NPs (for example, gold and silver) in contact with the analyte, including the placement of NP and analyte on the surface obtained by the lithographic method to excite surface plasmon-polariton resonance under laser irradiation in order to amplify Raman signal of the analyzed molecule. The use of SERS spectroscopy provides fast and reliable identification of compounds in the area of the “fingerprint”; in the long term, SERS spectroscopy can serve as a powerful analytical tool for accurate, specific and repeatable analysis of the structure of molecules [Tripp R.A., Dluhy R.A., Zhao Y. Novel nanostructures for SERS biosensing // Nano Today. - 2008. - T. 3. - No. 3. - C. 31-37]. SERS spectroscopy is used for markerless molecular analysis and can be used to determine a wide range of compounds. Thus, the HCR effect can be used for DNA analysis [K. Kneipp et al. Detection and identification of a single DNA base molecule using surface-enhanced Raman scattering (SERS) // Physical Review E. - 1998. - T. 57. - No. 6. - C. R6281], drugs [Stokes R.J. et al. Surface-enhanced Raman scattering spectroscopy as a sensitive and selective technique for the detection of folic acid in water and human serum // Applied spectroscopy. - 2008. - T. 62. - No. 4. - C. 371-376], food additives [Lin M. et al. Detection of melamine in gluten, chicken feed, and processed foods using surface enhanced Raman spectroscopy and HPLC // Journal of food science. - 2008. - T. 73. - No. 8], cells and spores [Alexander T.A., Le D.M. Characterization of a commercialized SERS-active substrate and its application to the identification of intact Bacillus endospores // Applied optics. - 2007. - T. 46. - No. 18. - C. 3878-3890]. The main problems of the above mentioned works are the low repeatability of the recorded signal of giant Raman scattering, as well as the technological complexity of manufacturing such structures.

Известно изобретение «Подложка для биочипа и способ ее изготовления» (патент RU №2411180, 2011 г., G01N 33/48), содержащее сходный с используемым в заявленном способе принцип выбора и конструирования устройства, состоящего из поверхности и наночастиц благородных металлов (Ag, Au, Pt).The invention is known, “Substrate for a biochip and a method for its manufacture” (patent RU No. 2411180, 2011, G01N 33/48), containing a principle similar to that used in the claimed method for selecting and constructing a device consisting of a surface and nanoparticles of noble metals (Ag, Au, Pt).

Недостатком данного изобретения является как сложность изготовления конструкции, так и использование фотохромного или фототерморефрактивного стекла. Известно, что стекло, в отличие от поверхностей серебра и золота дает существенно больший паразитный сигнал флуоресценции и рассеяния, наличие которого сильно затрудняет выделение эффективного сигнала аналита. Такая конструкция крайне неудобна для использования с наночастицами платины, имеющими пик плазмонного поглощения в области 200-240 нм, в то время как серебряные и золотые поверхности позволяют регистрировать спектры диффузного отражения в данной области.The disadvantage of this invention is both the complexity of the manufacture of the structure, and the use of photochromic or photothermorefractive glass. It is known that glass, in contrast to silver and gold surfaces, gives a significantly larger spurious fluorescence and scattering signal, the presence of which greatly complicates the selection of an effective analyte signal. Such a design is extremely inconvenient for use with platinum nanoparticles having a peak of plasmon absorption in the region of 200–240 nm, while silver and gold surfaces make it possible to record diffuse reflection spectra in this region.

За прототип выбрано изобретение «Оптический датчик с многослойной плазменной структурой для усовершенствованного обнаружения химических групп посредством SERS. (Патент RU №2361193 С2). Изобретение включает в себя оптический сенсор для использования с лазерным пучком возбуждения в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне и детектор на основе спектроскопии комбинационного рассеяния, для обнаружения наличия химических групп в аналите, нанесенном на датчик. Датчик располагается на подложке в виде плазмон-резонансного зеркала, сформированного на чувствительной поверхности подложки. На подложку нанесен слой плазмон-резонансных частиц. Над слоем частиц размещен слой оптически прозрачного диэлектрика толщиной до 40 нм, разделяющий зеркало и слой частиц. Слой частиц обладает следующими характеристиками: А) периодической матрицей плазмон-резонансных частиц, имеющих покрытие, способное связывать молекулы аналита; Б) однородные размеры и формы частиц в выбранном диапазоне размеров 50-200 нм; В) регулярное периодическое расстояние между частицами, меньшее длины волны лазерного пучка возбуждения. Форма частиц может быть варьируема: сфероиды, стержни, цилиндры, нанопроволоки, трубки, тороиды или другие формы, которые, в случае однородности, могут располагаться с регулярной периодичностью. Данное устройство способно обнаруживать аналит с коэффициентом усиления считываемого сигнала комбинационного рассеяния до 1012-1014. Подложка данного изобретения выполнена на основе серебра, золота или алюминия и имеет толщину слоя 30-500 нм. Нанесенные частицы имеют размер в пределах 50-150 нм и могут быть сформированы из серебра, золота или алюминия целиком или в виде частиц, имеющих оболочку, сформированную из этих металлов.For the prototype, the invention “Optical sensor with a multilayer plasma structure for improved detection of chemical groups by SERS. (Patent RU No. 2361193 C2). The invention includes an optical sensor for use with a laser beam in the visible or near infrared range and a detector based on Raman spectroscopy to detect the presence of chemical groups in the analyte deposited on the sensor. The sensor is located on the substrate in the form of a plasmon resonance mirror formed on the sensitive surface of the substrate. A layer of plasmon resonance particles is deposited on the substrate. A layer of optically transparent dielectric up to 40 nm thick is placed above the particle layer, separating the mirror and the particle layer. The particle layer has the following characteristics: A) a periodic matrix of plasmon resonance particles having a coating capable of binding analyte molecules; B) uniform sizes and shapes of particles in a selected size range of 50-200 nm; C) a regular periodic distance between particles smaller than the wavelength of the laser excitation beam. The shape of the particles can be varied: spheroids, rods, cylinders, nanowires, tubes, toroids or other shapes, which, if homogeneous, can be arranged at regular intervals. This device is capable of detecting an analyte with a gain of the read signal of Raman scattering up to 10 12 -10 14 . The substrate of the present invention is made on the basis of silver, gold or aluminum and has a layer thickness of 30-500 nm. The applied particles have a size in the range of 50-150 nm and can be formed from silver, gold or aluminum in whole or in the form of particles having a shell formed from these metals.

Изобретение включает в себя способ обнаружения химических групп в аналите с коэффициентом усиления 1010-1012. При осуществлении способа на практике, молекулы аналита связываются с плазмон-резонансными частицами в слое частиц оптического датчика вышеописанного типа, чувствительная поверхность облучается лазерным пучком в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне, и спектр комбинационного рассеяния, обусловленный облучением, регистрируется. Способ может быть полезен для обеспечения коэффициента усиления, по меньшей мере, 10, и, таким образом, позволяет обнаруживать химические группы в одной или малом количестве молекул аналита. Способ позволяет анализировать спектр комбинационного рассеяния при мощности облучающего пучка 1-100 мкВт.The invention includes a method for detecting chemical groups in an analyte with a gain of 10 10 -10 12 . When the method is implemented in practice, analyte molecules bind to plasmon resonance particles in the particle layer of the optical sensor of the type described above, the sensitive surface is irradiated with a laser beam in the visible or near infrared range, and the Raman spectrum due to irradiation is recorded. The method may be useful to provide a gain of at least 10, and thus allows the detection of chemical groups in one or a small number of analyte molecules. The method allows to analyze the Raman spectrum at an irradiating beam power of 1-100 μW.

Несовершенство данного изобретения заключается в технологической сложности изготовления подобного сенсора, что также обуславливает его высокую стоимость. Другим недостатком сенсора является невозможность детекции белков в водной капле раствора, что является важным для их исследования в нативной форме.The imperfection of this invention lies in the technological complexity of manufacturing such a sensor, which also leads to its high cost. Another disadvantage of the sensor is the impossibility of detecting proteins in an aqueous drop of a solution, which is important for their study in their native form.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа детектирования структуры сывороточного альбумина человека в нативной форме с помощью получения сигнала усиленного комбинационного рассеяния (до порядков 103) электромагнитным полем плазмонов, генерируемых под действием когерентного лазерного излучения на поверхности сферических наночастиц и структурированной поверхности серебра в капле водного раствора белка.The objective of the invention is to develop a method for detecting the structure of human serum albumin in native form by obtaining a signal of enhanced Raman scattering (up to orders of 10 3 ) by the electromagnetic field of plasmons generated by the action of coherent laser radiation on the surface of spherical nanoparticles and the structured surface of silver in a drop of an aqueous protein solution .

Поставленная задача решается тем, что в способе получения усиленных спектров комбинационного рассеяния света от молекул сывороточного альбумина человека, помещенного в водную каплю, содержащую наночастицы серебра, согласно изобретению, на слой представляющий из себя электрохимически осажденную серебряную пленку на медную основу наносят водную каплю содержащую сывороточный альбумин человека и наночастицы размером 32 нм, а затем фокусируют лазер на участке капли, обладающем наибольшим радиусом кривизны и детектируют усиленное комбинационное рассеяние молекул белка вблизи поверхности капли.The problem is solved in that in the method of obtaining enhanced Raman spectra of light from molecules of human serum albumin, placed in an aqueous drop containing silver nanoparticles, according to the invention, an aqueous drop containing serum albumin is applied to a layer of an electrochemically deposited silver film on a copper base 32 nm nanoparticles and then focus the laser on the droplet portion with the largest radius of curvature and detect the amplified combination tion scattering of protein molecules near the surface of a drop.

Заявленный способ позволяет получать повторяемый сигнал гигантского комбинационного рассеяния от молекул белка - сывороточного альбумина человека в растворе, произведя, таким образом, его детекцию и последующее определение структуры в нативной форме.The claimed method allows to obtain a repeatable signal of giant Raman scattering from protein molecules - human serum albumin in solution, thus making its detection and subsequent determination of the structure in native form.

Заявленный способ основан на эффекте агломерации и самоупорядочивания наночастиц серебра на вблизи участков большой кривизны капли, в результате чего благодаря областям «горячих» точек интенсивность рассеяния возрастает. Также в способе применяется эффект поверхностного плазмонного резонанса на шероховатой серебряной поверхности, дополнительно усиливающий сигнал аналита. Детекция белковых молекул начинается с создания НЧ серебра методом химического восстановления с помощью тетраборгидрата натрия, используемого для химического синтеза серебра и золота.The claimed method is based on the effect of agglomeration and self-ordering of silver nanoparticles in the vicinity of areas of large curvature of the droplet, as a result of which the scattering intensity increases due to regions of "hot" points. The method also uses the effect of surface plasmon resonance on a rough silver surface, additionally enhancing the analyte signal. Detection of protein molecules begins with the creation of silver NPs by chemical reduction using sodium tetraborohydrate, which is used for the chemical synthesis of silver and gold.

Боргидридный золь серебра синтезировали методом восстановления нитрата серебра тетраборгидридоборатом (боргидридом) натрия. В охлажденный до 0°C водный раствор боргидрида натрия концентрацией 2⋅10-3 М при интенсивном перемешивании по каплям добавляли раствор нитрата серебра концентрацией 10-3 М. Процесс восстановления серебра проходит по уравнению:Silver borohydride sol was synthesized by the reduction of silver nitrate with sodium tetraborohydride borate (borohydride). A solution of silver nitrate with a concentration of 10 -3 M was added dropwise into an aqueous solution of sodium borohydride with a concentration of 2⋅10 -3 M, with vigorous stirring, and the silver reduction process was carried out according to the equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

Концентрация полученного раствора была рассчитана в соответствии с формулойThe concentration of the resulting solution was calculated in accordance with the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где: r - радиус частиц серебра, m=50,1 г - масса серебра в раствор; ρ=10,5 г/см3 - плотность серебра.where: r is the radius of silver particles, m = 50.1 g is the mass of silver in the solution; ρ = 10.5 g / cm 3 is the density of silver.

Таким образом, НЧ серебра были восстановлены из соли нитрата серебра. Раствор отстаивали сутки в темном месте для выпадения крупных агрегаций наночастиц в осадок, после чего раствор фильтровали фильтром с размером пор 200 нм. Наличие максимумов плазмонного поглощения контролировалось с помощью спектрофотометра с ожидаемым максимумом на длине волны равной 420 нм. Размер частиц контролировался с помощью фотон-корреляционной спектроскопии и составлял 32 нм. Далее, полученный гидрозоль серебра быстро, в количестве 1 мл с помощью автоматической пипетки смешивали с 1 мл белкового раствора, после чего наносили на предварительно химически очищенную тонкую пленку серебра, осажденную на медную подложку. После чего получали, при облучении лазерным излучением и последующей детекцией, сигнал усиленного комбинационного рассеяния. Контроль снимали на химически очищенном кварцевом стекле с нанесением раствора родамина 6ж без наночастиц.Thus, silver NPs were reduced from a silver nitrate salt. The solution was left standing for a day in a dark place for large aggregations of nanoparticles to precipitate, after which the solution was filtered by a filter with a pore size of 200 nm. The presence of plasmon absorption maxima was monitored using a spectrophotometer with the expected maximum at a wavelength of 420 nm. Particle size was monitored by photon correlation spectroscopy and was 32 nm. Next, the obtained silver hydrosol was quickly, in the amount of 1 ml, mixed with 1 ml of a protein solution using an automatic pipette, and then applied to a pre-chemically purified thin silver film deposited on a copper substrate. Then received, when irradiated with laser radiation and subsequent detection, the signal of enhanced Raman scattering. The control was removed on chemically purified quartz glass with the application of a solution of rhodamine 6zh without nanoparticles.

Затем рассчитывали коэффициент усиления гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) по формуле:Then calculated the gain of giant Raman scattering (SERS) by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ISERS, IRS - интенсивность ГКР и КР на выбранной частоте соответственно, CSERS и CRS - концентрация веществ в эксперименте с ГКР и КР соответственно. Коэффициент усиления повторяемого сигнала с использованием заявленной конструкции составлял порядка 103 раз.where I SERS , I RS are the intensities of SERS and Raman scattering at the selected frequency, respectively, C SERS and C RS are the concentration of substances in the experiment with SERS and Raman scattering, respectively. The gain of the repeated signal using the claimed design was about 10 3 times.

По результатам детекции и записи сигнала гигантского комбинационного рассеяния с помощью заявленного изобретения проводилась последующая идентификация структуры белка - сывороточного альбумина человека.According to the results of the detection and recording of the giant Raman scattering signal using the claimed invention, the subsequent identification of the structure of the protein - human serum albumin was carried out.

Создание тонких пленок серебра на подготовленные подложки проводили по методике, описанной в [Слежкин В.А., Горлов Р.В. Плазмонный резонанс в сплошных серебряных электрохимических и химических пленках и его проявление в спектрах флуоресценции молекул родамина 6Ж в тонких пленках поливинилового спирта // Известия КГТУ. - 2011. - №.20. - С. 115-122], на собранной в лаборатории установке, схема которой изображена на Фиг. 1. Перед нанесением серебра поверхность медной подложки дополнительно полировали пастой ГОИ до получения металлического блеска. Затем поверхность промывалась этиловым спиртом, после чего производилось обезжиривание в растворе 5% карбоната натрия. Электроосаждение серебра проводили при комнатной температуре и режиме плотности тока 0,5 А/см2 в течение 15 мин, в результате чего была получена наноструктурированная серебряная пленка толщиной 5 мкм. Длительность процесса электроосаждения τе (в мин) рассчитывалась по формуле (3), являющейся следствием закона Фарадея:The creation of thin silver films on prepared substrates was carried out according to the method described in [Sledzhkin VA, Gorlov RV Plasmon resonance in solid silver electrochemical and chemical films and its manifestation in the fluorescence spectra of rhodamine 6G molecules in thin films of polyvinyl alcohol // Izvestiya KSTU. - 2011. - No. 20. - S. 115-122], in a laboratory-assembled installation, a diagram of which is shown in FIG. 1. Before applying silver, the surface of the copper substrate was additionally polished with GOI paste until a metallic luster was obtained. Then the surface was washed with ethanol, after which degreasing was carried out in a solution of 5% sodium carbonate. The electrodeposition of silver was carried out at room temperature and a current density of 0.5 A / cm 2 for 15 min, as a result of which a nanostructured silver film 5 μm thick was obtained. The duration of the electrodeposition process τ e (in min) was calculated by the formula (3), which is a consequence of the Faraday law:

Figure 00000004
Figure 00000004

где η=100% - выход по току; j - плотность тока, А/см2; k=4,0245 г/(А⋅ч) - электрохимический эквивалент серебра; ρ р - плотность серебра, г/см3; δ - толщина покрытия, мкм.where η = 100% is the current output; j is the current density, A / cm 2 ; k = 4.0245 g / (Ah) - the electrochemical equivalent of silver; ρ p is the density of silver, g / cm 3 ; δ is the thickness of the coating, microns.

После осаждения слоя серебра изменяли шероховатость поверхности путем процесса анодного растворения поверхности пленки серебра при экспериментально установленной плотности тока j=5 мА/см2 серебряной пленки на слой толщиной 0,5 мкм. В заключение серебряную поверхность промывали дистиллированной водой в течение 10 минут и высушивали при температуре 400°C.After deposition of the silver layer, the surface roughness was changed by the process of anodic dissolution of the surface of the silver film at an experimentally established current density j = 5 mA / cm 2 of a silver film on a layer with a thickness of 0.5 μm. Finally, the silver surface was washed with distilled water for 10 minutes and dried at a temperature of 400 ° C.

Claims (1)

Способ получения усиленного сигнала комбинационного рассеяния света от молекул сывороточного альбумина человека в капле жидкости с помощью плазмонного эффекта, индуцируемого на наночастицах серебра когерентным лазерным излучением, отличающийся тем, что на серебряную пленку наносят водную каплю, содержащую сывороточный альбумин человека и наночастицы серебра размером 32 нм, а затем фокусируют лазер на участке капли, обладающем наибольшим радиусом кривизны, и детектируют усиленное комбинационное рассеяние молекул белка вблизи поверхности капли.A method for obtaining an amplified Raman signal from human serum albumin molecules in a liquid drop using the plasmon effect induced on silver nanoparticles by coherent laser radiation, characterized in that an aqueous drop containing human serum albumin and silver nanoparticles 32 nm in size is deposited on a silver film, and then the laser is focused on the droplet portion with the largest radius of curvature, and amplified Raman scattering of protein molecules near the surface is detected spine drops.
RU2019111031A 2019-04-11 2019-04-11 Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet RU2708546C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111031A RU2708546C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111031A RU2708546C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2708546C1 true RU2708546C1 (en) 2019-12-09

Family

ID=68836773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111031A RU2708546C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2708546C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070115469A1 (en) * 2005-06-14 2007-05-24 Ebstein Steven M Applications of laser-processed substrate for molecular diagnostics
RU2361193C2 (en) * 2004-05-19 2009-07-10 Вп Холдинг, Ллс Optical sensor with multilayered plasmon structure for improved detection of chemical groups through sers
RU2411180C1 (en) * 2009-12-22 2011-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" Biochip substrate and method of its fabrication
US10145844B2 (en) * 2012-01-31 2018-12-04 The University Of Toledo Methods and devices for detection and measurement of analytes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2361193C2 (en) * 2004-05-19 2009-07-10 Вп Холдинг, Ллс Optical sensor with multilayered plasmon structure for improved detection of chemical groups through sers
US20070115469A1 (en) * 2005-06-14 2007-05-24 Ebstein Steven M Applications of laser-processed substrate for molecular diagnostics
RU2411180C1 (en) * 2009-12-22 2011-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" Biochip substrate and method of its fabrication
US10145844B2 (en) * 2012-01-31 2018-12-04 The University Of Toledo Methods and devices for detection and measurement of analytes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005246415B8 (en) Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by SERS
JP5099369B2 (en) Non-metallic fluorescent particles encapsulated with metal coating
US9059568B2 (en) Optical electrical field enhancing device and measuring apparatus equipped with the device
Bousiakou et al. Surface enhanced Raman spectroscopy for molecular identification-A review on surface plasmon resonance (SPR) and localised surface plasmon resonance (LSPR) in optical nanobiosensing
JP4603487B2 (en) Chemical sensitization of surface-sensitized Raman spectroscopy using lithium salts
US7019828B2 (en) Chemical enhancement in surface enhanced raman scattering using lithium salts
Brulé et al. Statistical and fourier analysis for in-line concentration sensitivity in single molecule dynamic-sers
Eskandari et al. Review of the application and mechanism of surface enhanced raman spectroscopy (sers) as biosensor for the study of biological and chemical analyzes
RU2708546C1 (en) Method of producing amplified signal of raman light scattering from human serum albumin molecules in liquid droplet
JP2013176436A (en) Biocomponent concentration measuring device
RU2720075C1 (en) Optical sensor with a plasmon structure for determining low-concentration chemicals and a method for production thereof
RU2788479C1 (en) Planar nanostructured sensor based on surface plasmon resonance to enhance raman light scattering of human platelets and method for its production
KR102768840B1 (en) Droplet loading cartridge for optical signal measurement in turn-off method with integrated thermal control unit
US12188873B2 (en) Apparatus including analyzer unit
Saleh Surface enhanced Raman scattering spectroscopy for pharmaceutical determination
JP6468572B2 (en) Measuring method and measuring apparatus using array type sensor using enhanced electromagnetic field
JP6373553B2 (en) Measuring device using array type sensor
Li et al. Characterization of novel gold SERS substrates with multilayer enhancements
RU2794993C1 (en) Optical sensor with a plasmonic structure for determining low concentrations of fluorescent amino acids in a platelet and a method for producing it
Zeuner et al. Optical readout of a nanoparticle based sensor by cavity ring-down spectroscopy
Nehl et al. Plasmon resonant molecular sensing with single gold nanostars
RU2802543C1 (en) Method for manufacturing a plasmonic microtiter plate
Yih et al. A compact surface plasmon resonance and surface-enhanced Raman scattering sensing device
Masson et al. Surface spectroscopy of nanomaterials for detection of diseases
Montanari et al. UV fluorescence enhancement from nanostructured aluminum materials