Surface-Enhanced Raman Scattering Optophysiology Nanofibers for the Detection of Heavy Metals in Single Breast Cancer Cells

拉曼散射 检出限 纳米传感器 拉曼光谱 材料科学 水溶液中的金属离子 离子 分析化学(期刊) 再现性 金属 化学 纳米技术 光学 物理 有机化学 色谱法 冶金
作者
Xingjuan Zhao,Shirley Campbell,Patrick Z. El‐Khoury,Yuechen Jia,Gregory Q. Wallace,Audrey Claing,C. Géraldine Bazuin,Jean‐François Masson
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 1649-1662 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acssensors.1c00332
摘要

Mercury(II) ions (Hg2+) and silver ions (Ag+) are two of the most hazardous pollutants causing serious damage to human health. Here, we constructed surface-enhanced Raman scattering (SERS)-active nanofibers covered with 4-mercaptopyridine (4-Mpy)-modified gold nanoparticles to detect Hg2+ and Ag+. Experimental evidence suggests that the observed spectral changes originate from the combined effect of (i) the coordination between the nitrogen on 4-Mpy and the metal ions and (ii) the 4-Mpy molecular orientation (from flatter to more perpendicular with respect to the metal surface). The relative intensity of a pair of characteristic Raman peaks (at ∼428 and ∼708 cm–1) was used to quantify the metal ion concentration, greatly increasing the reproducibility of the measurement compared to signal-on or signal-off detection based on a single SERS peak. The detection limit of this method for Hg2+ is lower than that for the Ag+ (5 vs 100 nM), which can be explained by the stronger interaction energy between Hg2+ and N compared to Ag+ and N, as demonstrated by density functional theory calculations. The Hg2+ and Ag+ ions can be masked by adding ethylenediaminetetraacetate and Cl–, respectively, to the Hg2+ and Ag+ samples. The good sensitivity, high reproducibility, and excellent selectivity of these nanosensors were also demonstrated. Furthermore, detection of Hg2+ in living breast cancer cells at the subcellular level is possible, thanks to the nanometric size of the herein described SERS nanosensors, allowing high spatial resolution and minimal cell damage.
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