Введение

Исследователи из Университета штата Джексон успешно использовали методику SERS для выявления вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

Перед началом исследований они проверили наночастицы золота различной формы, чтобы определить, какие из них продемонстрирует наибольшее электромагнитное усиление. Наночастицы были испытаны с использованием красителя Родамина 6G как хорошо известного комбинационно-активного соединения.

Спектрометрическая система, используемая для измерений, включала спектрометр Ocean Insight серии QE, источник лазерного излучения с длиной волны возбуждением 670 нм, а также волоконно-оптический рамановский зонд серии RPB (Рис. 1). Наночастицы в форме "попкорна" привели к более чем 50-кратному электромагнитному усилению комбинационного сигнала по сравнению с другими формами, скорее всего, из-за острых кончиков наночастиц, создающих «эффект молниеотвода» в дополнение к известным поверхностным плазмонным возбуждениям.

Рис.1 Модульная волоконно-оптическая Рамановская спектрометрическая система для обнаружения SERS

Наночастицы золота выбранной формы были конъюгированы с фрагментами оксида Графена диаметром менее 50 нм для создания гибридного зонда SERS (Рис. 2). Эти гибридные зонды были исследованы на их способность обнаруживать вирус в низких концентрациях.

Рис.2: Наночастицы золота (шарики с шипами) обеспечивают электромагнитное усиление сигнала SERS, в то время как оксид Графена (серая сетка) обеспечивает химическое усиление.

Результаты

В предыдущих исследованиях SERS для выявления ВИЧ обычно использовались метки, которые должны прикрепляться к определенным генетическим последовательностям. В этой работе, напротив, в качестве зонда ДНК использовался сегмент gag-гена ВИЧ. Каждый пик в наблюдаемых спектрах комбинационного рассеяния может быть соотнесен с литературными источниками, подтверждающими, что наблюдаемые спектры комбинационного рассеяния были связаны с присутствием вируса в образце (Рис.3).

Рис.3: SERS-обнаружение сегмента gag-гена ВИЧ-1 с использованием наночастиц золота выбранной формы, конъюгированных с оксидом Графена (черная линия) и только с наночастицами золота (красная линия).

Для оценки эффекта химического усиления оксида Графена были получены спектры SERS как для гибридного зонда, так и для наночастиц золота выбранной формы. Принимая во внимание различия в концентрации образцов, было обнаружено, что гибридный зонд оказался в ~100 раз более чувствительным, чем зонд с наночастицами золота, что демонстрирует преимущество одновременного использования химического и электромагнитного усиления в одном и том же зонде SERS.

Выводы

Комбинируя эффекты химического и электромагнитного усиления, вызываемые оксидом Графена и наночастицами золота, можно создать высокочувствительный зонд SERS для обнаружения вирусов, таких как ВИЧ. Использование спектроскопической портативной модульной системы еще больше повышает эффективность данного метода для практической клинической диагностики.