ГКР-активные субстраты на основе нанозвезд серебра для высокочувствительного обнаружения красителя малахитового зеленого

Предложены способы обнаружения следов красителя малахитового зеленого (MG) с использованием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света (SERS), основанной на поверхностно-локализованном плазмонном резонансе в наночастицах серебра. Проведено сравнение SERSсубстратов на основе различных морфологий нанозвезд серебра (AgNS) в виде коллоидных растворов и после осаждения частиц на твердую подложку для чувствительного обнаружения MG, исключенного из списка разрешенных веществ для пищевой промышленности Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США из-за выявленных рисков возникновения рака. Анализ результатов просвечивающей электронной микроскопии (TEM) и спектров УФ-видимого диапазона различных форм AgNS выявил отдельные пики плазмонного резонанса, на которые влияют морфология и окружающая среда. Моделирование с помощью метода конечных разностей во временной области (FDTD) подчеркивает влияние размера ядра и количества ответвлений на локальные электрические поля, демонстрируя формирование “горячих” точек вдоль поверхности AgNS. Окружающая среда также значительно влияет на интенсивность электрического поля. Исследования SERS показывают, что жидкие субстраты превосходят твердые аналоги, достигая предела обнаружения LOD = 37 аМ для MG. Результаты проанализированы с точки зрения их согласованности  с FDTD-моделированием и заметными изменениями факторов усиления, наблюдаемых среди различных конфигураций твердых субстратов. Показана высокая воспроизводимость КР-сигналов с помощью жидких субстратов и улучшена плохая воспроизводимость КР-сигналов твердотельными субстратами путем модификации их поверхности. 

1. N. M. Bastide, F. H. Pierre, D. E. Corpet, Cancer Prev. Res., 4, 177–184 (2011).

2. F. Belpoggi, M. Soffritti, E. Tibaldi, L. Falcioni, L. Bua, F. Trabucco, Ann. New York Acad. Sci., 1076, 736–752 (2006).

3. P. Pressman, R. Clemens, W. Hayes, C. Reddy, Toxic. Res. Appl., 1, 1–22 (2017).

4. F. Gultekin, S. Yasar, N. Gurbuz, B. M. Ceyhan, J. Nutr. Health Food Sci., 3, 1–6 (2015).

5. Y.-L. Chu, D. Chimeddulam, L.-Y. Sheen, K.-Y.Wu, Food Chem. Toxic., 62, 770–776 (2013).

6. J. Jiang, Q. Shen, P. Xue, H. Qi, Y. Wu, Y. Teng, Y. Zhang, Y. Liu, X. Zhao, X. Liu, Chem. Select., 5, 354–359 (2020).

7. M. Heleyel, S. Elhami, J. Sci. Food Agric., 99, 1919–1925 (2019).

8. P. Kumar, R. Khosla, M. Soni, D. Deva, S. K. Sharma, Sens. Actuators, B, 246, 477–486 (2017).

9. T. T. K. Chi, N. T. Le, B. T. T. Hien, D. Q. Trung, N. Q. Liem, Commun. Phys., 26, 261–268 (2016).

10. T. Y. Jeon, D. J. Kim, S.-G. Park, S.-H. Kim, D.-H. Kim, Nano Convergence, 3, 1–20 (2016).

11. R. Aroca, R. Alvarez-Puebla, N. Pieczonka, S. Sanchez-Cortez, J. Garcia-Ramos, Adv. Colloid Interface Sci., 116, 45–61 (2005).

12. J.-E. Park, Y. Jung, M. Kim, J.-M. Nam, ACS Central Sci., 4, 1303–1314 (2018).

13. P. A. Mosier-Boss, Nanomaterials, 7, 142 (2017).

14. X. Zou, H. Zhang, T. Chen, H. Li, C. Meng, Y. Xia, J. Guo, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 567, 184–192 (2019).

15. A. Verma, R. Soni, J. Phys. D: Appl. Phys., 54, 475107 (2021).

16. H. Zhou, X. Li, L. Wang, Y. Liang, A. Jialading, Z. Wang, J. Zhang, Rev. Anal. Chem., 40, 173–186 (2021).

17. Y. Liu, Z. Lu, X. Lin, H. Zhu, W. Hasi, M. Zhang, X. Zhao, X. Lou, RSC Adv., 6, 58387–58393 (2016).

18. P. A. Mercadal, E. R. Encina, E. A. Coronado, J. Phys. Chem. C, 123, 23577–23585 (2019).

19. A. C. McGinnis, B. S. Cummings, M. G. Bartlett, Analyt. Chim. Acta, 799, 57–67 (2013).

20. X. Xu, L. Zhao, Q. Xue, J. Fan, Q. Hu, C. Tang, H. Shi, B. Hu, J. Tian, Anal. Chem., 91, 7973–7979 (2019).

21. M.-T. Liu, L.-X. Chen, D.-N. Li, A.-J. Wang, Q.-L. Zhang, J.-J. Feng, J. Colloid Interface Sci., 508, 551–558 (2017).

22. B. Kann, H. L. Offerhaus, M. Windbergs, C. Otto, Adv. Drug Delivery Rev., 89, 71–90 (2015).

23. S. Schlücker, Angew. Chem., Int. Ed., 53, 4756–4795 (2014).

24. M. P. Letertre, P. Giraudeau, P. De Tullio, Front. Mol. Biosci., 8, 698337 (2021).

25. A. Garcia-Leis, J. V. Garcia-Ramos, S. Sanchez-Cortes, J. Phys. Chem. C, 117, 7791–7795 (2013).

26. K. M. Mayer, J. H. Hafner, Chem. Rev., 111, 3828–3857 (2011).

27. S. Kaabipour, S. Hemmati, Beilstein J. Nanotechnol., 12, 102–136 (2021).