Chitosan và hạt nano vàng theo phương pháp lớp theo lớp làm nền tảng tăng cường tán xạ Raman

Springer Science and Business Media LLC - 2024
Paulo Henrique de Melo Toledo1, Linus Pauling de Faria Peixoto1, Benjamin Fragneaud2, Gustavo Fernandes Souza Andrade1
1Laboratório de Nanoestruturas Plasmônicas, Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular, Departamento de Química, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz De Fora, Brazil
2Laboratório de Síntese e Caracterização de Nanomateriais de Carbono, Departamento de Física, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, Brazil

Tóm tắt

Phương pháp lớp theo lớp (LbL) thể hiện tính linh hoạt đáng kể trong việc xây dựng các nền tảng với các lớp dày nano và thành phần đa dạng. Kỹ thuật này dựa trên việc lắng đọng xen kẽ các loài tương tác điện tĩnh. Nghiên cứu đã chứng minh rằng kỹ thuật này mang lại triển vọng cho việc sử dụng như một nền tảng tăng cường tán xạ Raman (SERS), cho phép phát hiện pesticide ở nồng độ thấp và tìm thấy nhiều ứng dụng trong lĩnh vực sinh học. Trong nghiên cứu này, một phương pháp đơn giản dựa trên phương pháp lớp theo lớp (LbL) đã được phát triển để xây dựng các nền tảng SERS. Các nền tảng với số lượng lớp đôi khác nhau (1, 5 hoặc 10) đã được xây dựng trên các kính slide. Lớp dương được cấu thành từ polysaccharide tự nhiên chitosan. Ngược lại, lớp âm bao gồm các hạt nano vàng (AuNPs) có điện tích âm trên bề mặt của chúng, đạt được nhờ sử dụng natri citrate như một tác nhân khử. Các nền tảng SERS đã được xác định bằng phổ UV–VIS-NIR và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM). Chúng đã được thử nghiệm như là các nền tảng SERS bằng cách sử dụng thiophenol (TP) ở nồng độ 1.0 × 10–3 mol L−1. Phân bố của tín hiệu SERS được theo dõi qua đỉnh 417 cm−1, được quy cho chế độ kéo dài CH đặc trưng của TP. Các nền tảng cho thấy sự tăng cường đáng kể hơn khi số lượng lớp đôi tăng lên. Chúng đã được chứng minh là rất hứa hẹn cho các ứng dụng trong tương lai, chẳng hạn như đánh giá chẩn đoán các bệnh, phát hiện phân tử pesticide, phân tử sinh học và nhiều ứng dụng khác.

Từ khóa

#phương pháp lớp theo lớp #tán xạ Raman tăng cường #chitosan #hạt nano vàng #nền tảng SERS

Tài liệu tham khảo

Amendola V, Pilot R, Frasconi M, et al (2017) Surface plasmon resonance in gold nanoparticles: a review. J Phys Condens Matter 29. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa60f3

Kumar A, Kim S, Nam JM (2016) Plasmonically engineered nanoprobes for biomedical applications. J Am Chem Soc 138:14509–14525. https://doi.org/10.1021/jacs.6b09451

Langer J, Novikov SM, Liz-Marzán LM (2015) Sensing using plasmonic nanostructures and nanoparticles. Nanotechnology 26. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/32/322001

Jeevanandam J, Barhoum A, Chan YS et al (2018) Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein J Nanotechnol 9:1050–1074. https://doi.org/10.3762/bjnano.9.98

Guo Q, Xu M, Yuan Y et al (2016) Self-assembled large-scale monolayer of Au nanoparticles at the air/water interface used as a SERS substrate. Langmuir 32:4530–4537. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b04393

Cardinal MF, Vander Ende E, Hackler RA et al (2017) Expanding applications of SERS through versatile nanomaterials engineering. Chem Soc Rev 46:3886–3903. https://doi.org/10.1039/c7cs00207f

Reguera J, Langer J, Jiménez De Aberasturi D, Liz-Marzán LM (2017) Anisotropic metal nanoparticles for surface enhanced Raman scattering. Chem Soc Rev 46:3866–3885. https://doi.org/10.1039/c7cs00158d

Fan M, Andrade GFS, Brolo AG (2020) A review on recent advances in the applications of surface-enhanced Raman scattering in analytical chemistry. Anal Chim Acta 1097:1–29. https://doi.org/10.1016/J.ACA.2019.11.049

Avci E, Culha M (2013) Influence of droplet drying configuration on surface-enhanced Raman scattering performance. RSC Adv 3:17829–17836. https://doi.org/10.1039/C3RA42838A

Iler RK (1966) Multilayers of colloidal particles. J Colloid Interface Sci 21:569–594. https://doi.org/10.1016/0095-8522(66)90018-3

Kirkland JJ (1965) Porous thin-layer modified glass bead supports for gas liquid chromatography. Anal Chem 37:1458–1461. https://doi.org/10.1021/ac60231a004

Richardson JJ, Björnmalm M, Caruso F (2015) Technology-driven layer-by-layer assembly of nanofilms. Science (1979) 348. https://doi.org/10.1126/science.aaa2491

Ariga K, Yamauchi Y, Rydzek G et al (2014) Layer-by-layer nanoarchitectonics: invention, innovation, and evolution. Chem Lett 43:36–68. https://doi.org/10.1246/cl.130987

de Oliveira DG, Peixoto LPF, Sánchez-Cortés S, Andrade GFS (2016) Chitosan-based improved stability of gold nanoparticles for the study of adsorption of dyes using SERS. Vib Spectrosc 87. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2016.08.017

de Oliveira DG, Pimentel GA, Andrade GFS (2020) Chitosan stabilization and control over hot spot formation of gold nanospheres and SERS performance evaluation. Vib Spectrosc 110:103119. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2020.103119

Águila-Almanza E, Low SS, Hernández-Cocoletzi H et al (2021) Facile and green approach in managing sand crab carapace biowaste for obtention of high deacetylation percentage chitosan. J Environ Chem Eng 9:105229. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105229

Garcia-Hernandez C, Freese AK, Rodriguez-Mendez ML, Wanekaya AK (2019) In situ synthesis, stabilization and activity of protein-modified gold nanoparticles for biological applications. Biomater Sci 7:2511–2519. https://doi.org/10.1039/C9BM00129H

Zhang S, Xu Z, Guo J et al (2021) Layer-by-layer assembly of polystyrene/Ag for a highly reproducible SERS substrate and its use for the detection of food contaminants. Polymers (Basel) 13:3270. https://doi.org/10.3390/polym13193270

Deng ZJ, Morton SW, Ben-Akiva E et al (2013) Layer-by-layer nanoparticles for systemic codelivery of an anticancer drug and siRNA for potential triple-negative breast cancer treatment. ACS Nano 7:9571–9584. https://doi.org/10.1021/nn4047925

Jiang Y, Sun D, Liang Z et al (2018) Label-free and competitive aptamer cytosensor based on layer-by-layer assembly of DNA-platinum nanoparticles for ultrasensitive determination of tumor cells. Sens Actuators B Chem 262:35–43. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.01.194

Rizwan M, Elma S, Lim SA, Ahmed MU (2018) AuNPs/CNOs/SWCNTs/chitosan-nanocomposite modified electrochemical sensor for the label-free detection of carcinoembryonic antigen. Biosens Bioelectron 107:211–217. https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.02.037

Rodrigues VC, Moraes ML, Soares JC et al (2018) Immunosensors made with layer-by-layer films on chitosan/gold nanoparticle matrices to detect D-dimer as biomarker for venous thromboembolism. Bull Chem Soc Jpn 91:891–896. https://doi.org/10.1246/bcsj.20180019

Li J, Khalenkow D, Volodkin D et al (2022) Surface enhanced Raman scattering (SERS)-active bacterial detection by Layer-by-Layer (LbL) assembly all-nanoparticle microcapsules. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp 650:129547. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129547

Frens G, Kolloid Z (1973) Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions. Nat Phys Sci 241:20–22. https://doi.org/10.1038/246421a0

Holze R (2015) The adsorption of thiophenol on gold – a spectroelectrochemical study. Phys Chem Chem Phys 17:21364–21372. https://doi.org/10.1039/C5CP00884K

Peixoto LPF, Santos JFL, Andrade GFS (2019) Plasmonic nanobiosensor based on Au nanorods with improved sensitivity: a comparative study for two different configurations. Anal Chim Acta 1084:71–77. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.07.032

Rechberger W, Hohenau A, Leitner A et al (2003) Optical properties of two interacting gold nanoparticles. Opt Commun 220:137–141. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01357-9

Bohn JE, Le Ru EC, Etchegoin PG (2010) A statistical criterion for evaluating the single-molecule character of SERS signals. J Phys Chem C 114:7330–7335. https://doi.org/10.1021/jp908990v

De Albuquerque CDL, Sobral-Filho RG, Poppi RJ, Brolo AG (2018) Digital protocol for chemical analysis at ultralow concentrations by surface-enhanced raman scattering. Anal Chem 90:1248–1254. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b03968

Peixoto L, Santos J, Andrade G (2019a) Plasmonic biosensors based on surface-enhanced Raman scattering using gold nanorods. Quim Nova 42:1050–1055. https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170416

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả