Получение и исследование оптических свойств золото-полимерных гибридов для биовизуализации методом гигантского комбинационного рассеяния света

Ссылка для цитирования:

Свинко В.О., Соловьева Е.В. Получение и оптические свойства золото-полимерных гибридов для биовизуализации методом гигантского комбинационного рассеяния света // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 91–99. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-91-99

Svinko V.O., Solovyeva E.V. Preparation and optical properties of gold-polymer hybrids for bioimaging by surface-enhanced Raman scattering [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 11. P. 91–99. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-91-99

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Гибридные структуры на основе наночастиц золота, полимерной оболочки и молекулярного красителя. Цель работы. Установление влияния препаративных факторов на оптические свойства и устойчивость органо-неорганических гибридов и апробация полученных трехкомпонентных систем для биовизуализации методом гигантского комбинационного рассеяния. Метод. Золотые наночастицы стержневидной формы получены по схеме наращивания зерен и покрыты многослойной полимерной оболочкой с включением красителя цианина 5,5 путем ковалентного связывания. Морфология наночастиц подтверждена методом просвечивающей электронной микроскопии, устойчивость дисперсий оценена методом электрофоретического рассеяния света. Оптические свойства гибридных наноструктур изучены методом гигантского комбинационного рассеяния света. Основные результаты. Установлено, что структуры ядро-оболочка с ковалентно конъюгированным красителем имеют более интенсивный спектральный отклик по сравнению с гибридами, в которых краситель иммобилизован путем неспецифической сорбции. Приготовленные плазмонные метки позволили осуществить биовизуализацию клеточных образцов с получением контрастных изображений. Практическая значимость. Полученные метки на основе золото-полимерных гибридов имеют потенциал для применения в качестве оптических контрастов при медицинской диагностике и фототермической терапии.

Ключевые слова:

биометки, наночастицы золота, гигантское комбинационное рассеяние, биовизуализация, ковалентное связывание

Благодарность:

работа выполнена при поддержке Санкт-Петербургского государственного университета, шифр проекта 122040800256-8. Исследования проведены с использованием оборудования междисциплинарного ресурсного центра СПбГУ по направлению «Нанотехнологии», ресурсного центра «Оптическое и лазерные методы исследования вещества» и ресурсного центра «Физические методы исследования поверхности»

Коды OCIS: 170.5660, 160.4236, 170.3880

Список источников:

1. Liu H., Gao X., Xu C., et al. SERS tags for biomedical detection and bioimaging // Theranostics. 2022. V. 12. № 4. P. 1870–1903. https://doi.org/10.7150/thno.66859
2. Khlebtsov B., Burov A., Pylaev T., et al. Improving SERS bioimaging of subcutaneous phantom in vivo with optical clearing // J. Biophotonics. 2022. V. 15. https://doi.org/10.1002/jbio.202100281
3. Lin L., Bi X., Gu Y., et al. Surface-enhanced Raman scattering nanotags for bioimaging // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. № 19. Р. 191101. https://doi.org/10.1063/ 5.0047578
4. Sharma B., Frontiera R., Henry A., et al. SERS: Materials, applications, and the future // Materials Today. 2012. V. 15. № 1–2. P. 16–25. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(12)70017-2
5. Liu J., Zheng T., Tian Y. Functionalized h-BN nanosheets as a theranostic platform for SERS real-time monitoring of microRNA and photodynamic therapy // Angewandte Chem. Intern. Ed. 2019. V. 58. № 23. P. 7757–7761. https://doi.org/10.1002/anie.201902776
6. Guselnikova O., Lim H., Kim H., et al. New trends in nanoarchitectured SERS substrates: Nanospaces, 2D materials, and organic heterostructures // Small. 2022. V. 18. № 25. Р. 2107182. https://doi.org/10.1002/smll.202107182
7. Кулагина А.С., Шугабаев Т., Евстропьев С.К. и др. Особенности синтеза наночастиц серебра и взаимодействия с дибутилфталатом в водных растворах для сенсорных применений // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 10. С. 116–128. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-10-116-128
Kulagina A.S., Shugabaev T., Evstropiev S.K., et al. Features of silver nanoparticle synthesis and interaction with dibutyl phthalate in aqueous solutions for sensor applications // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 10. P. 630–636. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000630
8. Jia Y.-P., Ma B., Wei X., et al. The in vitro and in vivo toxicity of gold nanoparticles // Chinese Chem. Lett. 2017. V. 28. № 4. P. 691–702. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2017.01.021
9. Sani A., Cao C., Cui D. Toxicity of gold nanoparticles (AuNPs): A review // Biochem. Biophys. Rep. 2021. V. 26. P. 100991. https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2021.100991
10. Muddineti O.S., Ghosh B., Biswas S. Current trends in using polymer coated gold nanoparticles for cancer therapy // Int. J. Pharm. 2015. V. 484. № 1–2. P. 252–267. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2015.02.038
11. Князев К.И., Якуненков Р.Е., Зулина Н.А. и др. Усиление поглощения и флуоресценции родамина Б в ближнем поле золотых наночастиц в полимерной матрице на основе акрилатов // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 1. С. 27–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-01-27-31
Kniazev K.I., Yakunenkov R.E., Zulina N.A., et al. Rhodamine-B absorption and fluorescence enhancement in the near field of gold nanoparticles in an acrylatebased polymer matrix // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 1. P. 21–24. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000021
12. Rodriguez R., Bekas D., Flórez S., et al. Development of self-contained microcapsules for optimised catalyst position in self-healing materials // Polymer (Guildf). 2020. V. 187. P. 122084. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2019.122084
13. Patlolla P., Desai N., Gupta S., et al. Interaction of a dimeric carbocyanine dye aggregate with bovine serum albumin in non-aggregated and aggregated forms // Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2019. V. 209. P. 256–263. https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.10.048
14. Kang J., Kaczmarek O., Liebscher J., et al. Prevention of H-aggregates formation in Cy5 labeled macromolecules // Int. J. Polym. Sci. 2010. V. 2010. P. 1–7. https://doi.org/10.1155/2010/264781
15. Yoshida A., Uchida N., Kometani N. Synthesis and spectroscopic studies of composite gold nanorods with a double-shell structure composed of spacer and cyanine dye J-aggregate layers // Langmuir. 2009. V. 25. № 19. P. 11802–11807. https://doi.org/10.1021/la901431r
16. Svinko V., Smirnov A., Shevchuk A., et al. Comparative study of fluorescence core-shell nanotags with different morphology of gold core // Colloids Surf. B. Biointerfaces. 2023. V. 226. P. 113306. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2023.113306
17. Rosli N.S., Abdul Rahman A., Aziz A.A. Elucidating the dependence of size and concentration of gold nanoparticles in cellular uptake // Mat. Sci. Forum. 2013. V. 756. P. 205–211. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.756.205
18. Oh E., Delehanty J., Sapsford K., et al. Cellular uptake and fate of pegylated gold nanoparticles is dependent on both cell-penetration peptides and particle size // ACS Nano. 2011. V. 5. № 8. P. 6434–6448. https://doi.org/10.1021/nn201624c
19. Smirnov A., Aslanov S., Danilov D., et al. One-pot synthesis of silica-coated gold nanostructures loaded with cyanine 5.5 for cell imaging by SERS spectroscopy // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 7. P. 1267. https://doi.org/10.3390/nano13071267