ساخت سریع و آسان کیت پلاسمونیکی تشخیص اسیدآمینه ی تریپتوفان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، پژوهشکده علوم و فناوری نانو، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 استادیار، گروه فوتونیک و پلاسما، دانشکده فیزیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

/amnc.2020.9.33.1

چکیده

در این مطالعه تجربی، محلول کلوئیدی نقره به روش شیمیایی (تولنز) ساخته شد و با استفاده از روش‌قطره‌افشان، محلول کلوئیدی نقره بر روی زیرلایه‌ی شیشه‌ای، کیت پلاسمونیکی ساخته شد. در نهایت، با استفاده از این کیت پلاسمونیکی و طیف‌سنجی رامان، بهبود سیگنال رامان ارتعاش‌های مولکولی اسیدآمینه‌ی تریپتوفان، بررسی شد. بعد از ساخت کیت پلاسمونیکی، تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی آن نشان می‌دهد که تعداد زیادی از ذرات نقره اندازه بین 1400 تا 1500 نانومتر دارند. قله پلاسمونی نانوذرات نقره در حدود 410 نانومتر و مشاهده ساختار FCC در مشخصه-یابی XRD آن‌، تشکیل نانوذرات نقره را تایید کرد. با لایه‌نشانی اسیدآمینه‌ی تریپتوفان، روی کیت پلاسمونیکی، به دلیل تشدید پلاسمون‌های سطحی نانوذرات کوچک‌تر و پراکندگی نور از نانوذرات بزرگ‌تر نقره، ارتعاش‌های مولکولی اسیدآمینه‌ی تریپتوفان، تقویت شوند. با کالیبراسیون شدت ارتعاش‌های مولکولی بر حسب غلظت اسیدآمینه‌ی تریپتوفان، رابطه درجه دو به دست می‌آید که از روی آن می‌توان با اندازه‌گیری طیف SERS اسیدآمینه‌ی تریپتوفان به غلظت آن پی برد. در طیف‌سنجی رامان به دلیل تشدید پلاسمون‌های سطحی نانوذرات نقره و پراکندگی نور از ذرات نقره بزرگ‌تر سیگنال رامان حاصل از اسیدآمینه تریپتوفان بهبود می‌یابد. با کاهش غلظت‌ اسیدآمینه‌ی تریپتوفان، به دلیل کاهش تعداد ارتعاش‌های مولکولی سیگنال‌های SERS نیز تضعیف می‌شود که با استفاده از کیت پلاسمونیکی، شناسایی، آشکارسازی سریع و راحت اسیدآمینه‌ی تریپتوفان تا غلظت 7-10 مولار قابل انجام است. در ضمن، با کالیبراسیون، استفاده از کیت پلاسمونیکی، و طیف‌سنجی رامان، می‌توان غلظت نامشخص از اسیدآمینه‌ی تریپتوفان را تخمین زد که می‌تواند منجر به توسعه نانوحسگرها ‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1]. M. Friedman, Analysis, Nutrition, and Health Benefits of Tryptophan. International Journal Tryptophan Research. 2018; 11: 1178646918802282.
[2]. A. Kandakkathara, I. Utkin, R. Fedosejevs. Surface-enhanced raman scattering (SERS) detection of low concentrations of tryptophan amino acid in silver colloid. Applied Spectroscopy. 2011; 65(5): 507-513.
[3]. F. Madzharova, H. Zsuzsanna, K. Janina. Surface Enhanced Hyper-Raman Scattering of the Amino Acids Tryptophan, Histidine, Phenylalanine, and Tyrosine. The Journal of Physical Chemistry C. 2017; 121(2): 1235-1242.
[4]. E.L. Twomey, E.R. Naughten, V.B. Donoghue Ryan. Neuroimaging findings in glutaric aciduria type 1. Pediatric Radiology. 2003; 33: 823-830.
[5]. J. Patsias, E.J. Papadopoulou-Mourkidou. Rapid method for the analysis of a variety of chemical classes of pesticides in surface and ground waters by off-line solid-phase extraction and gas chromatography-ion trap mass spectrometry. Journal of Chromatography. 1998; 740: 83-98.
[6]. C. Goncalves, M.F. Alpendurada. Solid-phase micro-extraction–gaschromatography–(tandem) mass spectrometry as a tool for pesticide residue analysis in water samples at high sensitivity and selectivity with confirmation capabilities. Journal of Chromatography. 2004; 1020: 239-250.
[7]. S. Zavatski, N. Khinevich, K. Girel, S. Redko, N. Kovalchuk, I. Komissarov, V. Lukashevich, I. Semak, K. Mamatkulov, V. Vorobyeva, G. Arzumanyan, H. Bandarenka. Surface Enhanced Raman Spectroscopy of Lactoferrin Adsorbed on Silvered Porous Silicon Covered with Graphene. Biosensors. 2019; 9(1): 34.
[8]. S.G. Skoulika, C.A. Georgiou.Univariate and Multivariate Calibration for the Quantitative Determination of Methyl-parathion in Pesticide Formulations by FT-Raman Spectroscopy. Applied Spectroscopy. 2000; 54: 747-752.
[9]. R.Y. Sato-Berru, J. Medina-Valtierra, C. Medina Gutierrez, C. Frausto-Reyes. Quantitative NIR–Raman analysis of methyl-parathion pesticide microdroplets on aluminum substrates. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.2004; 60: 2231-2234.
[10]. M. Alak-Ala, T. Vo-Dinh. Surface-enhanced Raman spectrometry of organo phosphorus chemical agents. ACS Publication Analytical Chemistry.1987; 59: 2149-2153.
[11]. A.N. Ivanov, G.A. Evtyugin, K.Z. Brainina, G.K. Budnikov, L.E. Stenina. Cholinesterase Sensors Based on Thick-Film Graphite Electrodes for the Flow-Injection Determination of Organophosphorus Pesticides. Journal of Analytical Chemistry. 2002; 57: 1042-1048.
[12]. T. Alizadeh. HighSelective Parathion Voltammetric Sensor Development by Using an Acrylic Based Molecularly Imprinted Polymer-Carbon Paste Electrode. Electroanalysis. 2009; 21: 1490-1498.
[13]. N. Duan, B. Chang, H. Zhang, Z. Wang, S. Wu. Salmonella typhimurium detection using a surface-enhanced Raman scattering-based aptasensor. International Journal Food Microbiology. 2016; 218: 38-43.
[14]. L.R. Wang, Y. Fang. IR-SERS study and theoretical analogue on the adsorption behavior of pyridine carboxylic acid on silver nanoparticles. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2006; 63: 614-618.
[15]. B. Ren, G.K. Liu, X.B. Lian, Z.L. Yang, Z.Q. Tian. Raman spectroscopy on transition metals. Analytical and bioanalytical chemistry. 2007; 388: 29-45.
[16]. C. Matricardi, C. Hanske, J.L. Garcia-Pomar, J. Langer, A. Mihi, L.M. Liz-Marzan. Gold Nanoparticle Plasmonic Superlattices as Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrates. ACS Nano. 2018; vol. 12: 8531-8539.
[17]. K.Q. Lin, J. Yi, S. Hu, B.J. Liu, J.Y. Liu, X. Wang, B. Ren . Size effect on SERS of gold nanorods demonstrated via single nanoparticle spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 2016; 120: 20806-20811.
[18]. D. Darya Radziuk, H. Moehwald. Prospects for plasmonic hot spots in single molecule SERS towards the chemical imaging of live cells. Journal of Physical Chemistry Chemical Physics. 2015; 17: 21072-21093.
[19]. N. Biswas, S. Kapoor, H.S. Mahal, T. Mukherjee. Adsorption of CGA on colloidal silver particles: DFT and SERS study. Chemical Physics Letters. 2007; 444: 338-345.
[20]. S.S.R. Dasary, U.S. Rai, H. Yu, Y. Anjaneyulu, M. Dubey, P. C. Ray. Gold nanoparticle based surface enhanced fluorescence for detection of organophosphorus agents. Chemical Physics Letters. 2008; 460: 187-190.
[21]. R. Botta, A. Rajanikanth, C. Bansal. Surface Enhanced Raman Scattering studies of l-amino acids adsorbedon silver nanoclusters. Chemical Physics Letters. 2015; 618: 14-19
[22]. N. Sharifi, N. Taghavinia. Silver nano-islands on glass fibers using heat segregation method. Materials. Chemistry. and. Physics. 2009; 113: 63-66.
[23]. P.K. Ngumbi, S.W. Mugo, J.M. Ngaruiya. Determination of Gold Nanoparticles Sizes via Surface Plasmon Resonance. IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC). 2018; 11: 25-29.
[24]. H. Tarik Baytekin, B. Baytekin, S. Huda, Z. Yavuz, B.A. Grzybowski. Mechanochemical Activation and Patterning of an Adhesive Surface toward Nanoparticle Deposition. Journal of the American Chemical Society. 2015; 137: 1726-1729.
[25]. C.F. Bohren, D.R. Huffman. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. Wiley. New York. 1983; 306: 625.
[26]. S.Y. Ding, E.M. You, Z.Q. Tian, M. Moskovits. Electromagnetic theories of surface-enhanced Raman spectroscopy. Journal of Chemical Society Reviews. 2017; 46: 4042-4076.
[27]. H.Y. Chen, M.H. Lin, C.Y. Wang, Y.M. , Large-scale hot spot engineering for quantitative SERS at the single-molecule scale. Journal of the American Chemical Society. 2015; 42: 13698-13705.
[28]. J.H. Granger, N.E. Schlotter, A.C. Crawford, M.D. Porter. Prospects for point-of-care pathogen diagnostics using surface-enhanced Raman scattering (SERS). Chemical Society Reviews. 2016; 45: 3865-3882.
[29]. H.M. Parsons, D.R. Ekman, T.W. Collette, M.R. Viant. Spectral relative standard deviation: a practical benchmark in metabolomics. Analyst. 2009; 134: 478–485.
[30]. F. al-Taher, R. Juskelis, Y. Chen, J. Kapposso. Comprehensive Pesticide analysis in Juice Using a Combination of GC-MS and LC-MS Methods. Application note, Food Safety, Aligent Technologies. 2012; 23(6): 579-586.
[31]. H. Fang, C.X. Zhang, L. Liu, Y.M. Zhao, H.J. Xu. Recyclable three-dimensional Ag nanoparticle-decorated TiO2 nanorod arrays for surface-enhanced Raman scattering. Biosens Bioelectron. 2015; 64: 434–441.