探索配景
基于等离激元构造的纳米传感器引发了科学界的高度正视，并在敏捷度和可职掌性方面呈现出优秀的本能。一般采取三种传感方法：消光光谱的局域表面等离子体共振（LSPR）峰移或强度变动、表面增加拉曼散射（SERS）和等离子体纳米颗粒对分子荧光的猝灭或增加。个中，与SERS和荧光办法比拟，基于LSPR峰移的剖析显示出惊人的高敏捷度，除了高表现性和简洁的仪器外。比如，基于由Cu2+介导的核-壳构造产生引发的金纳米棒（Au-NRs）的峰值偏移，完结了对2个飞秒级Cu2+的探测。由于LSPR峰地位与成份、个别微处境的折射率和纳米粒子的聚合/重逢紧密关连，因而这三个要素已被用于剖析物探测。个中，基于球形金纳米粒子聚合的比色纳米传感器获患了宽广的运用。近来，基于这一主意并连合保守ELISA，Stevens小组进一步开辟了一种新的ELISA，称为浆细胞ELISA。他们哄骗散开或聚合形态下金纳米粒子的显著色差，对前列腺稀奇性抗原（PSA）和HIV-1衣壳抗原p24停止了超敏捷探测。关于其余两个要素，由于有机分子和生物分子的折射率类似，近间隔介电敏捷度引发的峰值偏移一般是有限的。比拟之下，经过产生无机壳层，由于壳层介电常数大且壳层厚度易于调理，因而向导的LSPR峰值偏移能够相当大，从而供应更多机遇完结高敏捷度探测。在这类主意的协助下，史蒂文斯的团队运用葡萄糖氧化酶来管束银在金纳米星上的成长，从而定制等离子传感器的LSPR峰值偏移。他们完结了全血清中PSA的超敏捷探测。
受卵白质稀奇性区别管束的等离子体纳米颗粒成长的成绩的鼓动，咱们想晓得如此的战术是不是能够扩大到总卵白质定量。基于LSPR峰对颗粒构成的高敏捷度，咱们打算了一个基于LSPR峰位移的传感平台，该平台经过对Au
Ag纳米棒。金棒芯和银壳的连合供应了幻想的SPR峰值传感器。Au-NRs的合成办法特别老练，LSPR峰位易于调度。银壳层的堆积可引发显著的峰移，由于“等离子体聚焦”效应，峰变窄尚有额外的利益。咱们以前发掘，Cu2+能够协助银从AuAg纳米棒上熔解。经过增加双款项子酸（BCA），咱们检察到Cu2+/BCA对经过氧化复原反响Cu2++Ag+2BCA对银的直接刻蚀→Cu+（BCA）2+Ag+。Cu+与BCA的强连合提升了Cu2+的氧化才力。基于Cu2+对卵白质的氧化效用，咱们在此开辟了一种新的SPR–BCA探测办法，以探测总卵白，并提升探测敏捷度。量化法则囊括两部份，如计划1所示。第一部份是经过将卵白质、Cu2+和BCA的搀和物在60°C下培植一按时候，Cu2+氧化卵白质。在此历程中，部份Cu2+被卵白质复原为Cu+，得到的亚铜离子被BCA分子螯合。在第二步中，残余的铜离子（稀释60倍后）用于蚀刻AuAg在BCA的协助下停止NRs，致使LSPR峰值红移。卵白质含量越低，LSPR红移越大。凭借卵白质浓度与LSPR位移之间的关联，断定卵白原料。在咱们的例子中，咱们将管束的移位LSPR调度到凑近金核的地位。为了得到高敏捷度，咱们须要在比较样本和低卵白样本之间有一个较大的峰差。关于棒状贵金属纳米粒子，棒状纳米颗粒的长宽比（AR）在断定LSPR峰地位方面起着关键效用。与AR较小的金纳米棒比拟，AR较大的金纳米棒是基于LSPR位移的更敏捷传感器。因而，金核的抉择特别要害。道理图1经过Au
AgCu2+/BCA对纳米棒的刻蚀。探索实质
凭借反响方程式，一个Cu2+侵蚀一个Ag原子。咱们能够运用LSPR峰值偏移（ΔLSPR=LSPRAu?LSPRAu
Ag)每银量用于表征探测敏捷度。如上所述，杆的AR是断定LSPR地位的关键要素。咱们首先经过数值摹拟（有限元法，FEM）探索了其对敏捷度的影响。做为AuAg探针，AuNR的AR对探针的LSPR地位有很大影响，从而影响探针的敏捷度。比如，关于有用半径为16.5nm（体积=18?nm3），经过将其AR从3.07改变成6.00，咱们能够将敏捷度从38nm提升到59nm/单元体积Ag（图1A）。为简洁起见，咱们将nm3的Ag壳层体积界说为单元Ag（对应于金核上1nm厚的Ag，体积为18?nm3，AR为4.51）。图1B和S1A、B中给出了芯AR的详细成果。在静止的岩芯体积下，AR较高的Au岩芯具备更好的敏捷度，这与以前的汇报一致。除了AR，堆芯体积也是一个须要思虑的要素，由于单元Ag外壳或许会致使不同堆芯尺寸的AR不同。比如，在AR为4.51的状况下，体积为20的金芯?nm3的敏捷度为每单元Ag38nm，而经过将芯尺寸减小到6nm3可得到每单元Agnm的敏捷度。这能够经过单元Ag堆积（S1D?）时，小芯探针（从4.51到3.54）中的AR变动比大芯探针（从4.51到4.05）中的AR变动更大来诠释。在静止芯AR处，具备较小芯的探针显然更敏捷（图1C和S1C?）。因而，具备小体积和大ARs金芯的探针是敏捷探测的幻想抉择。一旦抉择了金芯，当咱们将比较样本的移位LSPR地位调度为金芯的地位时，就能够断定探针敏捷度，由于该地位是对Ag变动最敏锐的地位（图1D：零的斜率具备最大值）。思虑到Ag和Cu2+之间的对应关联，Ag量用于调理动态界限：Ag量低象征着动态界限窄（图1D）。图S2显示了三个要素对优值的影响（FOM，界说为ΔLSPR/fwhm，个中fwhm是共振最大值一半处的全宽）。较小的Au-NR供应较高的FOM。关于Au核的AR，AR在3到4之间时到达最大FOM。Ag越薄，FOM越大。图1基于LSPR峰值偏移的反响敏捷度有限元摹拟：（A）经过增长金芯纵横比提升敏捷度的演示。Au-NR核的AR（B）和体积（C）以及Ag壳体积（D）对Au
Ag体恤（E）在三种不同的Au-NR核上成长不同体积的银壳层后，LSPR峰移的熟练结束。为了阐明咱们的摹拟，咱们运用了三种不同的Au-NR核，并成长了不同数目的Ag（12个样本），以表明LSPR的敏锐性。图S3?显示了AuNR岩芯的TEM图象，以及Au
Ag尼泊尔卢比。AuNR-nm（LSPR最大值为nm），最大AR为～3.73（表S2?）为中等堆芯体积。AuNR-nm（AR：～2.36）的中心容量最大。迷你AuNR-纳米（AR：～2.46）显示出与AuNR-nm类似的LSPR最大值，但在三个Au芯中芯体积最小。如图1E所示，在堆积不异量的Ag后，具备较大AR的AuNR-nm呈现出比袖珍AuNR-nm更大的LSPR位移。芯体积较小的微型Au-NR-nm的LSPR位移大于Au-NR-nm。熟练结束与仿真结束相符较好。一样，经过TEM剖析测得的ARs也阐明，敏捷度的变动是由于不一样本每单元Ag的AR变动不同而至（表S2?）。反响的消光光谱如图S4所示。其余，错的称银壳层的祈望消光光谱与共形壳层的消光光谱类似（图S5?）。因而，关于卵白质探测，咱们运用Au核（AR约4.6），LSPR最大值为～nm（图2）成长错的称银壳层，由于其成长办法特别便利。抉择的中心尺寸为～10?nm3，同时思虑探头敏捷度和杆稳固性。图2显示了咱们运用的纳米颗粒的消光光谱和TEM图象。的LSPR最大值AuAg约nm，能够供应nm的最大LSPR峰移界限。AuAg-i是蚀刻历程的中央形态。表S3?列出了蚀期限间丈量的尺寸变动。图2（A）AuNR岩芯、探针的消光光谱和（B）TEM图象Au
Ag和一个中央形态(AuAg-i）蚀刻工艺的。咱们的卵白质探测是基于在BCA的协助下，Cu2+对银壳的蚀刻。图3A是Au
Ag经过Cu2+/BCA对停止蚀刻。在蚀刻历程中，LSPR峰值连续向赤色挪动。在nm处涌现了Cu+-BCA络合物的特性吸取峰，而且跟着时候的推移，吸取强度增长。首先，优化了BCA/Cu2+比。跟着BCA的增长，刻蚀速度先增长，而后到达一个平台（15nmmin?1，图3B）。在没有BCA的状况下，Cu2+独自协助熔解氧以较慢的速度（6nmmin）侵蚀银壳?1，图S6Aa?）。Cu+–BCA络合物不会对AuAg（图S6B?）。在最好BCA/Cu2+比为10/1的状况下，咱们进一步探索了Cu2+含量的影响，由于这是咱们办法的量化底子。如图3C所示，跟着Cu2+的增长，LSPR波长涌现了咱们预期的更多红移（反响的消光光谱如图S7?）。由于每个Cu2+氧化一个银原子，咱们抉择了比银壳层略高的铜离子量，以充足哄骗LSPR位移界限。运用铜离子阻塞剂2,6-吡啶二羧酸（PDCA）在最好反合时候中止蚀刻。图3D显示PDCA在中止蚀刻方面是有用的。图3（A）的蜕变Au
Ag50μMCu2+离子和μMBCA侵蚀期间的消光光谱，插图：LSPR波长与时候的关联。（B）刻蚀速度与BCA/Cu2+比率，[Cu2+]=30μM.（C）Cu2+浓度对LSPR波长的影响，BCA/Cu2+=10。（D）消光光谱衍化AuAg增加μMPDCA先后，[Cu2+]=50μM，[BCA]=μM。其余有影响的效应囊括十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），Br?,卵白质吸赞同pH值也得到优化。表面活性剂CTAB在蚀刻反响中起着两重效用：稳固Au
Ag憩息并供应Br?与熔解的银离子连合。刻蚀速度与CTAB浓度呈非枯燥变动。当不向蚀刻溶液中增加额外的CTAB时，由于缺乏Br，蚀刻速度特别慢?而且银外壳不能完整蚀刻（图S8A和B?）。参与小量CTAB后，由于Br与Ag+络合，刻蚀速度赶紧飞腾，在50μM处到达最大值?.Br的脚色?经过增加KBr可视化。刻蚀速度随KBr浓度显著增长（图S8C?）。当CTAB浓度为0.5mM时，刻蚀速度赶紧下落。从0.5mM到0.1M，蚀刻速度略有增长。除了上述两个重要效用外，CTAB的存在尚有助于裁减蚀刻历程中卵白质吸附的烦扰。经过管束蚀刻液中CTAB的含量，咱们大大低沉了卵白质吸附的影响。如图S9?所示，在0.1MCTAB下，BSA量对Cu2+/BCA对引发的LSPR位移的影响能够疏忽不计（没有卵白质、Cu2+和BCA的培植）。相悖，关于5mMCTAB，卵白质吸附猛烈阻止银壳层的蚀刻，并致使较小的LSPR位移。高CTAB浓度下卵白质吸附量的低沉获患了如下zeta电位变动的支撑：AuAg由于BSA吸附。与0.5mMCTAB比拟，0.1mMCTAB能有用防范AuAg（表S4?）。因而，咱们运用0.1MCTAB做为最好前提。pH值为6时，蚀刻速度最快（图S8D?）。用两步法获患了BSA浓度梯度变动的准则弧线。咱们称之为SPR–BCA剖析。第一步是经过卵白质将Cu2+复原为Cu+来简化BCA剖析。BSA准则品在pH7.4的缓冲溶液中逐渐稀释得到。第二步是蚀刻Au
Ag.将环节1中的蚀刻剂增加到AuAg溶液7分钟后，参与PDCA中止反响。纪录动力学历程。图S10A?显示了LSPR随时候的变动。在第八分钟，比较样本（不含BSA）的LSPR波长为～nm，凑近咱们打算的金芯LSPR。统统准则样本（每个样本反复3次）在第8分钟的消光光谱如图S10B所示。图4A显示用于探测BSA的准则弧线。）的对数?LSPR位移）与BSA浓度的对数在0.5至1μgml之间呈优异的线性关联?1，运用回归方程log（?y）=0.44+0.34×对数?x（R2=0.），探测限（LOD）为3.4ngml?1（3信噪比）。其余，在必定浓度界限内，还能够运用消光强度来量化卵白质的量。如图S12A?中的插图所示，nm处的消光强度对数与0.5至μgml?1之间的BSA浓度对数呈优异的线性关联。关于BCA剖析（熟练室顶用于测定卵白质浓度的罕用办法），咱们获患了50–1μgml?1的线性界限。增加的BCA剖析有助于断定总卵白质含量低至0.5μgml?1线性办事界限为0.5–40μgml-1另一方面，另一种卵白质定量缩二脲办法的LOD在mg界限内。关于其余卵白质探测办法，如Lowry卵白质剖析和Bradford卵白质剖析，其微量探测在μg界限内。与罕用的卵白质定量办法比拟，SPR–BCA剖析具备更宽的探测界限和更高的敏捷度，显然是有利的。近来，发掘了更多的卵白质定量办法。基于金纳米粒子聚合，蒋的探索小组显示LOD（3s/N，信噪比）为0.2μgml?1具备30–0μgml?1的宽线性界限?BSA。Tang等人汇报了一种基于聚合向导发射荧光团的卵白质剖析办法，线性界限为0.5–μgmL?1。咱们的SPR–BCA剖析更敏捷，探测界限更广。图4（A）用于探测BSA的SPR–BCA剖析的准则弧线；（B）不同卵白质的反响特性、SPR–BCA剖析的准则化LSPR位移和BCA剖析的卵白质关连于BSA的准则化吸光度（nm）。
为了测试咱们办法的广大性，咱们查看了不同卵白质的反响。表S5?显示了咱们抉择的卵白质参数。它们触及宽广的分子量pI，以及亚单元和形态的数目。图4B显示了两种办法中不同卵白质对BSA的反响性格。关于SPR–BCA和旧例BCA剖析，均匀值离别为0.和0.，准则差错离别为0.和0.。这讲明SPR–BCA剖析对各类卵白质具备广大实用性。
探索论断
总之，咱们提议了一种SPR探测办法，经过创建Au
Ag经过Cu2+/BCA对桥接卵白质氧化和AuAg蚀刻。SPR–BCA剖析显示敏捷度显然提升，动态界限宽（0.5至1μgml?1）与保守的BCA法比拟。对各类卵白质的广大实用性进一步表明白SPR–BCA剖析在现实运用中的潜力。预览时标签不行点收录于合集#个