text size

Optimization of surface-enhanced Raman scattering spectroscopy for study of biologically important biomolecules and their interactions

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Title:
Optimization of surface-enhanced Raman scattering spectroscopy for study of biologically important biomolecules and their interactions
Title (in czech):
Optimalizace spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu ke studiu biologicky významných molekul a jejich interakcí
Type:
Dissertation
Author:
RNDr. Natália Šmídová, Ph.D.
Supervisor:
doc. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.
Opponents:
prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc.
RNDr. Mgr. Martin Michl, Ph.D.
Thesis Id:
43585
Faculty:
Faculty of Mathematics and Physics (MFF)
Department:
Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
Study programm:
Physics (P1701)
Study branch:
Biophysics, Chemical and Macromolecular Physics (4F4)
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
27/06/2012
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
SERS, SERS mikrospektroskopie, imobilizované zlaté nanočástice, porfyriny, excitační profil
Keywords:
SERS, SERS microspectroscopy, immobilized gold nanoparticles, porphyrins, excitation profile
Abstract (in czech):
Abstrakt Název práce: Optimalizace spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu ke studiu biologicky významných molekul a jejich interakcí Autor: Natália Šmídová Ústav: Fyzikální ústav UK Vedoucí doktorské práce: Doc. RNDr. Marek Procházka, PhD. Abstrakt: Hlavním cílem práce byla optimalizace spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS) pro studium významných biomolekul. K tomuto účelu byly vybrány povrchy na bázi zlatých koloidních nanočástic imobilizovaných na silanizované skleněné podložky. Stabilní, homogenní a reprodukovatelné povrchy vhodné pro SERS spektroskopii byly připraveny použitím aminopropyl- trimetoxysilanu a citrátem redukovaných zlatých koloidních nanočástic tepelně upravených po jejich imobilizaci. Na těchto površích byly studovány modelové biomolekuly 5,10,15,20-tetrakis(1-metyl-4-pyridyl)porfyrin (TMPyP) a 5,10,15,20- tetrakis(4-sulfonatofenyl)porfyrin (TSPP) pomocí klasického Ramanova spektrometru v makro-módu a konfokálního Ramanova mikrospektrometru. Podmínky pro SERS měření porfyrinů byly optimalizovány s ohledem na citlivost a reprodukovatelnost. SERS mikrospektroskopie ukázala řadu výhod oproti SERS měření v makro-módu: možnost spektrálního mapování povrchu, snadnější manipulace se vzorkem, kratší akumulační časy a absence silného Ramanova signálu ze skleněné podložky. Obě techniky vykazují detekční limit (LOD) porfyrinů okolo 5×10-8 M a potvrzují výbornou spektrální reprodukovatelnost povrchů jak v mm-, tak µm- škále. SERS zesílení bylo optimalizováno měřením SERS spekter TMPyP pomocí šesti excitačních vlnových délek (excitační profil). Výsledky ukazují, že SERS intenzita TMPyP je korelována s extinkčním spektrem systému Au povrch/TMPyP, ačkoliv se pozice intenzitního maxima pro určité vibrační módy liší v závislosti na molekulární resonanci. Největší zesílení je dosaženo pro excitaci 568.2 nm, což poskytuje LOD porfyrinu 2×10-8 M. Klíčová slova: SERS, SERS mikrospektroskopie, imobilizované zlaté nanočástice, porfyriny, excitační profil
Abstract:
Abstract Title: Optimization of surface-enhanced Raman scattering spectroscopy for study of biologically important biomolecules and their interactions Author: Natália Šmídová Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor of the doctoral thesis: Doc. RNDr. Marek Procházka, PhD. Abstract: The main goal of this thesis was to optimize surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy for study of biologically important biomolecules. For that purpose we focused on substrates based on gold colloidal nanoparticles immobilized to silanized glass plates. Stable, uniform and highly reproducible SERS-active substrates have been prepared by using aminopropyltrimethoxysilane and citrate- reduced gold nanoparticles thermally stabilized after their immobilization. Model biomolecules 5,10,15,20-tetrakis(1-methyl-4-pyridyl)porphyrin (TMPyP) and 5,10,15,20-tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin (TSPP) were studied on these substrates by using a classical Raman spectrometer in macro-mode and a confocal Raman microspectrometer. Conditions for SERS spectroscopy of porphyrins were optimized with respect to sensitivity and reproducibility. SERS microspectroscopy showed several advantages over SERS measurements in macromode: possibility of surface spectral mapping, easier manipulation with samples, shorter collection times and absence of strong Raman signal from glass support. Both techniques show limit of detection (LOD) of porphyrins ~ 5×10-8 M and prove very good spectral reproducibility of substrates in both mm- and µm- scale. SERS enhancement was optimized by measuring of TMPyP SERS spectra using six excitation wavelengths (excitation profile). Results show that SERS intensity of TMPyP is correlated with the extinction spectrum of the system Au surface/TMPyP although the position of the maximum of intensity differs for particular vibrational modes depending on the molecular resonance. Maximal enhancement is obtained for 568.2 nm excitation that provides LOD of TMPyP 2×10-8 M. Keywords: SERS, SERS microspectroscopy, immobilized gold nanoparticles, porphyrins, excitation profile
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis RNDr. Natália Šmídová, Ph.D. 1.33 MB
Download Attachment to the thesis RNDr. Natália Šmídová, Ph.D. 7.16 MB
Download Abstract in czech RNDr. Natália Šmídová, Ph.D. 10 kB
Download Abstract in english RNDr. Natália Šmídová, Ph.D. 8 kB
Download Supervisor's review doc. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. 150 kB
Download Opponent's review prof. RNDr. Blanka Vlčková, CSc. 622 kB
Download Opponent's review RNDr. Mgr. Martin Michl, Ph.D. 392 kB
Download Defence's report prof. RNDr. Vladimír Baumruk, DrSc. 82 kB