Rational Design of Trifunctional Polyen Dyes for Highly Sensitive, Multiplexed Bioanalytics with Surface-Enhanced Resonance Raman Scattering
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde eine ganze Reihe verschiedener trifunktioneller Raman-Farbstoffe auf Polyen-Basis synthetisiert und auf unterschiedlichen SERS-aktiven Substraten eingesetzt. (Gold-Kern/Satelliten-Partikel, Gold-Nanosterne und Gold-Nanopartikel-Dimere). Aufgrund der fehlenden Stabilität der ursprünglich entworfenen rein vinylischen Polyene mussten Phenylringe zur Stabilisierung der Polyenkette eingeführt werden. Derivate mit bis zu 7 C=C Doppelbindungen konnten in mehrstufigen Synthesen isoliert und sowohl experimentell als auch theoretisch charakterisiert werden. Somit wurden von den ursprünglich bei Projektbeginn anvisierten 10 „Farben“ immerhin insgesamt 7 spektral unterscheidbare Raman-Farbstoffe hergestellt. In den SERS-Spektren kam es aufgrund der Oberflächenadsorption dann leider zu stärkeren spektralen Überlagerungen, so daß nicht alle 7 Raman-Farbstoffe voneinander zu unterscheiden waren. Zwei der signalstarken Phenyl-stabilisierten Polyene wurden in einem 2-plex-SERS-Immunassay erfolgreich zum Parallelnachweis der beiden Zytokine Interleukin-1β und Interferon-γ angewendet. Als SERS-Substrat für diese Mono-Mercapto-Polyene kamen neben Gold-Kern/Satelliten-Partikel auch Gold-Nanosterne zum Einsatz. Zusätzlich wurden Bis-Mercapto-Polyene mit zwei terminalen Thiolgruppen zur molekularen Verbrückung von zwei Goldkugeln in ein Dimer mithilfe eines geeigneten thiolierten Wittig-Horner-Wadsworth-Emmons-Reagenzes synthetisiert. Die damit erhaltenen „idealen“ Dimere aus besonders runden Goldnanopartikeln in einem definierten Abstand versprechen hoch reproduzierbare SERS- Signale auf dem Niveau einzelner Partikel (precision SERS). Im Hinblick auf analytische Anwendungen wie Immunassays ist dies insbesondere für hochpräzise Messungen im niedrigen pg/mL- und fg/mL-Bereich zentral. Ein Multiplexnachweis mittels precision SERS erfordert die Synthese der entsprechenden Isotopologe. In Kombination mit Lateral-Fluss-Tests für die Vor-Ort-Diagnostik öffnet solch ein hochempfindlicher und hochreproduzierbarer SERS-Multiplex-Ansatz perspektivisch ein bisher nicht zugängliches diagnostisches Fenster.
Publications
- 19. JCF-Frühjahressymposium, Mainz, 29.3.–1.4.2017, “Rationally designed synthesis of thiolated polyenes as Raman reporter for SERRS/SERS“
T. Keller, S. Brem, S. Schlücker
- Efficient ligand exchange of a detergent bilayer on the surface of metal nanoparticles for molecular functionalization and assembly, corresponding functionlized nanoparticles and nanoparticle assemblies, and their use in plasmonic applications including surface-enhanced Raman spectroscopy, US Patentanmeldung US62/469,764, 03.10.2017
J.–H. Yoon, F. Selbach, M. König, S. Schlücker
- The 26th International Conference on Raman Spectroscopy (ICORS), Jeju Island, Korea, 26.- 31.8.2018, “Rational Design and Synthesis of Mono- and Bis-Thiolated Polyenes with Variable Chain Length for SERS Applications”
T. Keller, L. Langolf, S. Schlücker
- Rational Design of Thiolated Polyenes as Trifunctional Raman Reporter Molecules in SERS Nanotags for Cytokine Detection in a Lateral Flow Assay, J. Biophoton., 2020
T. Keller, S. Brem, V. Tran, O. Sritharan, D. Schäfer, S. Schlücker
(See online at https://doi.org/10.1002/jbio.201960126)
