zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1666Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREГидроксиапатит, модифицированный наночастицами серебра, для регистрации спектров гигантского комбинационного рассеяния разнозаряженных аналитовHydroxyapatite Modified with Silver Nanoparticles for Registration of SERS Spectra of Differently Charged AnalytesПанаринА. Ю.PanarinA. Yu.

Минск

Minsk

panarin@oelt.basnet.byМойзесП.MojzesP.

Прага

Prague

mojzes@karlov.mff.cuni.czКурталиеЭ. Н.KurtalievE. N.

Самарканд

Samarkand

kurtaliev@rambler.ruКулаковичО. С.KulakovichO. S.

Минск

Minsk

ТереховС. Н.TerekhovS. N.

Минск

Minsk

s.terekhov@ifanbel.bas-net.byГНПО “Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника”Optoelectronics and Laser Technology”Институт физики Карлова Университета в ПрагеInstitute of Physics of Charles University in PragueСамаркандский государственный университетSamarkand State UniversityИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202422102024915682690Copyright © Панарин А.Ю., Мойзес П., Курталие Э.Н., Кулакович О.С., Терехов С.Н., 20242024Панарин А.Ю., Мойзес П., Курталие Э.Н., Кулакович О.С., Терехов С.Н.Panarin A.Y., Mojzes P., Kurtaliev E.N., Kulakovich O.S., Terekhov S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1666

   Выполнена функционализация поверхности частиц гидроксиапатита (ГА) наночастицами серебра путем восстановления нитрата серебра в присутствии глюкозы или гидразина гидрохлорида. Получены нанокомпозиты (ГА)Ag двух типов, обладающие предположительно избыточным отрицательным и положительным зарядом: (ГА)Ag-I и (ГA)Ag-II. Методом капельного осаждения на поверхности стеклянных подложек сформированы плазмонные покрытия из частиц (ГА)Ag-I и (ГA)Ag-II, изучены их структурные и спектральные свойства. Проведено сравнительное исследование интенсивности спектров гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) катионного и анионного порфиринов CuTMpyP4 и CuTPPS4, а также родамина 6G, адсорбированных на поверхности нанокомпозитов обоих типов. Установлено, что плазмонные структуры (ГА)Ag-I обеспечивают наибольшее усиление сигнала ГКР для катионного порфирина CuTMpyP4, в то время как для анионного порфирина CuTPPS4, адсорбированного на пленках из композита (ГA)Ag-II, наблюдается 40-кратный рост сигнала по сравнению с композитом (ГА)Ag-I. Для катионного красителя родамина 6G с зарядом +1 эффективность усиления сигнала ГКР наноструктурами (ГA)Ag-II в несколько раз выше, чем плазмонными пленками из (ГA)Ag-I. Продемонстрирована возможность путем изменения условий синтеза получать ГКР-активные субстраты с высокой эффективностью усиления сигнала ГКР как для анионных, так и для катионных молекул аналитов.

   We have functionalized the surface of hydroxyapatite (HA) particles with silver nanoparticles by reducing silver nitrate in the presence of glucose or hydrazine hydrochloride. Two types of (HA)Ag nanocomposite presumably possessing the excess of negative and positive charge (HA)Ag-I and (HA)Ag-II, respectively, were obtained. Plasmonic coatings of (HA)Ag-I and (HA)Ag-II nanoparticles were formed on the surface of glass substrates using the droplet deposition method, and their structural and spectral properties were studied. A comparative study of the intensity of surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of cationic and anionic porphyrins CuTMpyP4 and CuTPPS4, as well as rhodamine 6G, adsorbed on the surface of both types of nanocomposites was carried out. It has been established that plasmonic structures (HA)Ag-I provide the greatest enhancement of the SERS signal for the cationic porphyrin CuTMpyP4, while for the anionic porphyrin CuTPPS4 adsorbed on films of the (HA)Ag-II composite, a high spectral intensity is observed, which is almost forty times of magnitude higher than in the case of (HA)Ag-I. For Rh6G molecules with charge +1, the efficiency of SERS signal amplification by (HA)Ag-II nanostructures is several times higher than by plasmonic films of (HA)Ag-I. Thus, the results of the work demonstrated the possibility by changing the synthesis conditions to obtain SERS-active substrates with a high efficiency of SERS enhancement for both anionic and cationic analyte molecules.

нанокомпозитнаночастицасереброгидроксиапатитгигантское комбинационное рассеяниеплазмонные пленкипорфиринродамин 6Gnanocompositenanoparticlessilverhydroxyapatitesurface-enhanced Raman scatteringplasmonic filmsporphyrinrhodamine 6GРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф22УЗБ-012) и Министерства высшего образования, науки и инноваций Республики Узбекистан (грант IL-4821091593)The work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Basic Research (project No. F22UZB-012) and the Ministry of Higher Education, Science and Innovation of the Republic of Uzbekistan (grant IL-4821091593)ReferencesA. Jaworska, S. Fornasaro, V. Sergo, A. Bonifacio. Biosensors, 6 (2016) 47—64A. Jaworska, S. Fornasaro, V. Sergo, A. Bonifacio. Biosensors, 6 (2016) 47—64H. Liu, X. Gao, C. Xu, D. Liu. Theranostics, 12 (2022) 1870—1903H. Liu, X. Gao, C. Xu, D. Liu. Theranostics, 12 (2022) 1870—1903Kenry, F. Nicolson, L. Clark, S. R. Panikkanvalappil, B. Andreiuk, C. Andreou. Nanotheranostics, 6 (2022) 31—49Kenry, F. Nicolson, L. Clark, S. R. Panikkanvalappil, B. Andreiuk, C. Andreou. Nanotheranostics, 6 (2022) 31—49K. Kim, K. S. Shin. Anal. Sci., 27 (2011) 775—783K. Kim, K. S. Shin. Anal. Sci., 27 (2011) 775—783V. Shvalya, G. Filipicˇ, J. Zavasnik, I. Abdulhalim, U. Cvelbar. Appl. Phys. Rev., 7 (2020) 031307(1-35)V. Shvalya, G. Filipicˇ, J. Zavasnik, I. Abdulhalim, U. Cvelbar. Appl. Phys. Rev., 7 (2020) 031307(1-35)L. Yang, P. Li, H. Liu, X. Tang, J. Liu. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 2837—2848L. Yang, P. Li, H. Liu, X. Tang, J. Liu. Chem. Soc. Rev., 44 (2015) 2837—2848M. M. Harper, K. S. McKeating, K. Faulds. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 5312—5328M. M. Harper, K. S. McKeating, K. Faulds. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 5312—5328K. Kim, K. S. Shin. Anal. Sci., 27 (2011) 775—783K. Kim, K. S. Shin. Anal. Sci., 27 (2011) 775—783P. A. Mosser-Boss. Nanomaterials, 7 (2017) 142(1—30)P. A. Mosser-Boss. Nanomaterials, 7 (2017) 142(1—30)J. B. Jackson, N. J. Halas. Proc. Natl. Acad. Sci., 101 (2004) 17930—17935J. B. Jackson, N. J. Halas. Proc. Natl. Acad. Sci., 101 (2004) 17930—17935R. G. Freeman, K. C. Grabar, K. J. Allison, R. M. Bright, J. A. Davis, A. P. Guthrie, M. B. Hommer, M. A. Jackson, P. C. Smith, D. G. Walter, M. J. Natan. Science, 267 (1995) 1629—1632R. G. Freeman, K. C. Grabar, K. J. Allison, R. M. Bright, J. A. Davis, A. P. Guthrie, M. B. Hommer, M. A. Jackson, P. C. Smith, D. G. Walter, M. J. Natan. Science, 267 (1995) 1629—1632G. Zito, G. Rusciano, G. Pesce, A. Dochshanov, A. Sasso. Nanoscale, 7 (2015) 8593—8606G. Zito, G. Rusciano, G. Pesce, A. Dochshanov, A. Sasso. Nanoscale, 7 (2015) 8593—8606H. K. Lee, Y. Hong. Lee, C. S. L. Koh, G. C. Phan-Quang, X. Han, C. L. Lay, H. Y. Fan Sim, Y.-C. Kao, Q. An, X. Y. Lin. Chem. Soc. Rev., 48 (2019) 731—756H. K. Lee, Y. Hong. Lee, C. S. L. Koh, G. C. Phan-Quang, X. Han, C. L. Lay, H. Y. Fan Sim, Y.-C. Kao, Q. An, X. Y. Lin. Chem. Soc. Rev., 48 (2019) 731—756C. Schmuck, P. Wich, B. Küstner, W. Kiefer, S. Schlücker. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 46 (2007) 4786—4789C. Schmuck, P. Wich, B. Küstner, W. Kiefer, S. Schlücker. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 46 (2007) 4786—4789M. Gellner, S. Niebling, H. Y. Kuchelmeister, C. Schmuck, S. Schlücker. Chem. Commun. (Cambridge, U. K.), 47 (2011) 12762—12764M. Gellner, S. Niebling, H. Y. Kuchelmeister, C. Schmuck, S. Schlücker. Chem. Commun. (Cambridge, U. K.), 47 (2011) 12762—12764S. Chang, Z. A. Combs, M. K. Gupta, R. Davis, V. V. Tsukruk. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2 (2010) 3333—3339S. Chang, Z. A. Combs, M. K. Gupta, R. Davis, V. V. Tsukruk. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2 (2010) 3333—3339J.-S. Wi, S. Tominaka, K. Uosaki, T. Nagao. Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 9131—9136J.-S. Wi, S. Tominaka, K. Uosaki, T. Nagao. Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (2012) 9131—9136A. M. Yashchenok, D. Borisova, B. V. Parakhonskiy, A. Masic, B.-E. Pinchasik, H. Möhwald, A. G. Skirtach. Ann. Phys., 524 (2012) 723—732A. M. Yashchenok, D. Borisova, B. V. Parakhonskiy, A. Masic, B.-E. Pinchasik, H. Möhwald, A. G. Skirtach. Ann. Phys., 524 (2012) 723—732I. Y. Stetciura, A. V. Markin, A. N. Ponomarev, A. V. Yakimansky, T. S. Demina, C. Grandfils, D. V. Volodkin, D. A. Gorin. Langmuir, 29 (2013) 4140—4147I. Y. Stetciura, A. V. Markin, A. N. Ponomarev, A. V. Yakimansky, T. S. Demina, C. Grandfils, D. V. Volodkin, D. A. Gorin. Langmuir, 29 (2013) 4140—4147E.-O. Ganbold, J.-H. Park, U. Dembereldorj, K.-S. Ock, S.-W. Joo. J. Raman Spectrosc., 42, N 8 (2011) 1614—1619E.-O. Ganbold, J.-H. Park, U. Dembereldorj, K.-S. Ock, S.-W. Joo. J. Raman Spectrosc., 42, N 8 (2011) 1614—1619M. Moskovits. Rev. Mod. Phys., 57 (1985) 783—826M. Moskovits. Rev. Mod. Phys., 57 (1985) 783—826H. K. Lee, Y. H. Lee, C. S. L. Koh, G. C. Phan-Quang, X. Han, C. L. Lay, H. Y. F. Sim, Y.-C. Kao, Q. An, X. Y. Ling. Chem. Soc. Rev., 48 (2019) 731—756[22] H. K. Lee, Y. H. Lee, C. S. L. Koh, G. C. Phan-Quang, X. Han, C. L. Lay, H. Y. F. Sim, Y.-C. Kao, Q. An, X. Y. Ling. Chem. Soc. Rev., 48 (2019) 731—756D. Lierop, Z. Krpetić, L. Guerrini, I. A. Larmour, J. A. Dougan, K. Faulds, D. Graham. Chem. Commun., 48 (2012) 8192—8194D. Lierop, Z. Krpetić, L. Guerrini, I. A. Larmour, J. A. Dougan, K. Faulds, D. Graham. Chem. Commun., 48 (2012) 8192—8194X. Qin, M. Lyu, Y. Si, J. Yang, Z. Wu, J. Li. Anal. Chim. Acta, 1043 (2018) 115—122X. Qin, M. Lyu, Y. Si, J. Yang, Z. Wu, J. Li. Anal. Chim. Acta, 1043 (2018) 115—122R. A. Alvarez-Puebla, E. Arceo, P. J. Goulet, J. J. Garrido, R. F. Aroca. J. Phys. Chem. B, 109 (2005) 3787—3792R. A. Alvarez-Puebla, E. Arceo, P. J. Goulet, J. J. Garrido, R. F. Aroca. J. Phys. Chem. B, 109 (2005) 3787—3792B. Shan, Y. Pu, Y. Chen, M. Liao, M. Li. Coord. Chem. Rev., 371 (2018) 11—37B. Shan, Y. Pu, Y. Chen, M. Liao, M. Li. Coord. Chem. Rev., 371 (2018) 11—37А. Ю. Панарин, А. В. Абакшонок, П. Мойзес, С. Н. Терехов. Журн. прикл. спектр., 88 (2021) 747—753A. Yu. Panarin, A. V. Abakshonok, P. Mojzes, S. N. Terekhov. J. Appl. Spectr., 88, N 5 (2021) 911—917A. V. Abakshonok, A. N. Eryomin, V. E. Agabekov. Adv. Mater. Res., 1085 (2015) 113—118A. V. Abakshonok, A. N. Eryomin, V. E. Agabekov. Adv. Mater. Res., 1085 (2015) 113—118А. Н. Еремин, А. В. Абакшонок, В. Е. Агабеков, М. В. Макаренко. Весцi НАН Беларусi. Сер. хiм. навук, № 3 (2013) 60—68А. Н. Еремин, А. В. Абакшонок, В. Е. Агабеков, М. В. Макаренко. Весцi НАН Беларусi. Сер. хiм. навук, № 3 (2013) 60—68D. Paramelle, A. Sadovoy, S. Gorelik, P. Free, J. Hobley, D. G. Fernig. Analyst, 139 (2014) 4855—4861D. Paramelle, A. Sadovoy, S. Gorelik, P. Free, J. Hobley, D. G. Fernig. Analyst, 139 (2014) 4855—4861O. Kulakovich, A. Shirokaya, A. Muravitskaya. Nanotechnology, 34 (2023) 405601O. Kulakovich, A. Shirokaya, A. Muravitskaya. Nanotechnology, 34 (2023) 405601А. Ю. Панарин, А. В. Абакшонок, А. Н. Еремин, С. Н. Терехов. Опт. и спектр., 122 (2017) 933—938А. Ю. Панарин, А. В. Абакшонок, А. Н. Еремин, С. Н. Терехов. Опт. и спектр., 122 (2017) 933—938A. M. Michaels, J. Jiang, L. Brus. J. Phys. Chem. B., 104 (2000) 11965—11971A. M. Michaels, J. Jiang, L. Brus. J. Phys. Chem. B., 104 (2000) 11965—11971I. Kruglenko, J. Burlachenko, B. Snopok. Eng. Proc., 58 (2023) 115, doi: 10.3390/ecsa-10-16200I. Kruglenko, J. Burlachenko, B. Snopok. Eng. Proc., 58 (2023) 115, doi: 10.3390/ecsa-10-16200

The authors declare that there are no conflicts of interest present.