Myoglobin and Polydopamine‐Engineered Raman Nanoprobes for Detecting, Imaging, and Monitoring Reactive Oxygen Species in Biological Samples and Living Cells

活性氧 拉曼光谱 拉曼散射 纳米技术 等离子体子 肌红蛋白 纳米颗粒 材料科学 生物物理学 化学 生物化学 光电子学 生物 光学 物理
作者
Sumit Kumar,Amit Kumar,Gyeong‐Hwan Kim,Won‐Kyu Rhim,Kevin L. Hartman,Jwa‐Min Nam
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:13 (43) 被引量:59
标识
DOI:10.1002/smll.201701584
摘要

Abstract Highly reliable detection, imaging, and monitoring of reactive oxygen species (ROS) are critical for understanding and studying the biological roles and pathogenesis of ROS. This study describes the design and synthesis of myoglobin and polydopamine‐engineered surface‐enhanced Raman scattering (MP‐SERS) nanoprobes with strong, tunable SERS signals that allow for specifically detecting and imaging ROS sensitively and quantitatively. The study shows that a polydopamine nanolayer can facilitate the modification of Raman‐active myoglobins and satellite Au nanoparticles (s‐AuNPs) to a plasmonic core AuNP (c‐AuNP) in a controllable manner and the generation of plasmonically coupled hot spots between a c‐AuNP and s‐AuNPs that can induce strong SERS signals. The six‐coordinated Fe(III)‐OH2 of myoglobins in plasmonic hotspots is reacted with ROS (H2O2, •OH, and O2−) to form Fe(IV)O. The characteristic Raman peaks of Fe(IV)O from the Fe‐porphyrin is used to analyze and quantify ROS. This chemistry allows for these probes to detect ROS in solution and image ROS in cells in a highly designable, specific, and sensitive manner. This work shows that these MP‐SERS probes allow for detecting and imaging ROS to differentiate cancerous cells from noncancerous cells. Importantly, for the first time, SERS‐based monitoring of the autophagy process in living cells under starvation conditions is validated.
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