การพัฒนาเทคนิคพื้นผิวขยายสัญญาณรามานสำหรับวัดตัวอย่างซีรั่มจากซับสเตรตอนุภาคซิลเวอร์นาโนต้นทุนต่ำ
คำสำคัญ:
เทคนิคพื้นผิวขยายสัญญาณรามาน, เซอร์สซับสเตรต, การตรวจซีรั่มบทคัดย่อ
วัสดุซับสเตรตสำหรับนำมาใช้ตรวจวัดตัวอย่างชีวภาพด้วยเทคนิคพื้นผิวขยายสัญญาณรามานมีความต้องการเป็นอย่างมากในปัจจุบัน แต่มักมีขั้นตอนในการผลิตที่ค่อนข้างซับซ้อนจึงทำให้มีราคาที่ค่อนข้างสูง งานวิจัยนี้ได้ทำการออกแบบและพัฒนาซับสเตรตสำหรับนำมาตรวจวัดตัวอย่างซีรั่มคนที่สามารถเตรียมได้ง่ายจากวัสดุที่ผลิตในอุตสาหกรรมทั่วไปและมีต้นทุนต่ำทั้งหมด 4 ชนิด ได้แก่ แผ่นกระดาษกรอง แผ่นบลูเรย์ หมึกกราฟีนและเทปอะลูมิเนียม ร่วมกับอนุภาคซิลเวอร์นาโนคอลลอยด์ขนาด 60 นาโนเมตร ในการขยายสัญญาณรามาน โดยทำการตรวจวัดที่ความยาวคลื่นเลเซอร์ 785 นาโนเมตร เป็นเวลา 10 วินาที จากการทดลองพบว่าเทปอะลูมิเนียมมีความเหมาะสมที่สุดสำหรับการนำมาทำเป็นวัสดุซับสเตรต เนื่องจากทำให้เกิดการขยายสัญญาณรามานมากที่สุด สัญญาณ SERS ที่พบมีความถูกต้องสอดคล้องกับงานวิจัยอื่นๆ รวมถึงสัญญาณซีรั่มมีความแปรปรวนน้อยและไม่ถูกรบกวนจากสัญญาณเฉพาะตัวของวัสดุที่นำมาทำซับสเตรต และพบว่าความเข้มข้นของซิลเวอร์นาโนคอลลอยด์ที่เหมาะสมมีค่า 1.85 x 10-2 โมลาร์ นอกจากนี้ยังตรวจพบสารชีวโมเลกุลของตัวอย่างซีรั่มที่ตำแหน่งพีค 494 cm-1 (แอลอาจีนีน) 634 cm-1 (ไทโรซีน) 724 cm-1 (อะดีนีน) 884 cm-1 (ทริปโตเฟน) 1,004 cm-1 (ฟีนิลอะลานีน) และ 1,334 cm-1 (กรดนิวคลิอิก) ทั้งนี้ค่ากำลังในการขยายสัญญาณรามานที่ได้จากการใช้พื้นผิวซับสเตรตชนิดนี้ในการตรวจวิเคราะห์ตัวอย่างคริสตัลไวโอเลตและซีรั่มมีค่าสูงสุดเท่ากับ 4,096 (พีค 1,618 cm-1) และ 164 (พีค 634 cm-1) เท่า ตามลำดับ งานวิจัยนี้พัฒนาต้นแบบซับสเตรตราคาถูกซึ่งเหมาะสมสำหรับพื้นที่ที่มีทรัพยากรจำกัด โดยมีประสิทธิภาพที่ดีในการขยายสัญญาณรามานและสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์ตัวอย่างซีรั่มด้วยเทคนิคพื้นผิวขยายสัญญาณรามานในการวินิจฉัยโรคต่อไปได้ รวมถึงสามารถนำไปต่อยอดในทางการแพทย์สำหรับตรวจคัดกรองโรคจากตัวอย่างซีรั่มและนำมาพัฒนาใช้ร่วมกับวิธีการเรียนรู้ของเครื่องในการวินิจฉัยคัดแยกโรคจากสารชีวโมเลกุล
เอกสารอ้างอิง
Dawuti W, Zheng X, Liu H, Zhao H, Dou J, Sun L, et al. Urine surface-enhanced Raman spectroscopy combined with SVM algorithm for rapid diagnosis of liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2022; 38: 102811.
Lu Y, Lin Y, Zheng Z, Tang X, Lin J, Liu X, et al. Label free hepatitis B detection based on serum derivative surface enhanced Raman spectroscopy combined with multivariate analysis. Biomed Opt Express. 2018; 9(10): 4755-4766.
Ling X, Xie L, Fang Y, Xu H, Zhang H, Kong J, et al. Can graphene be used as a substrate for Raman enhancement?. Nano Lett. 2010; 10(2): 553–561.
Pilot R, Signorini R, Durante C, Orian L, Bhamidipati M, Fabris L. A review on surface-enhanced Raman scattering. 2019; 9(2): 57.
Radu AI, Ussembayev YY, Jahn M, Schubert US, Weber K, Cialla-May D, et al. HD DVD substrates for surface enhanced Raman spectroscopy analysis: Fabrication, theoretical predictions and practical performance. RSC Adv. 2016; 6(50): 44163–44169.
Sanguansap Y, Karn-orachai K, Laocharoensuk R. Tailor-made porous striped gold-silver nanowires for surface enhanced Raman scattering based trace detection of β-hydroxybutyric acid. Appl Surf Sci. 2020; 500: 144049.
Ngamaroonchote A, Karn-Orachai K. Bimetallic Au-Ag on a Patterned Substrate Derived from Discarded Blu-ray Discs: Simple, Inexpensive, Stable, and Reproducible Surface-Enhanced Raman Scattering Substrates. Langmuir. 2021; 37(24): 7392–7404.
Dong J, Cao Y, Han Q, Wang Y, Qi M, Zhang W, et al. Plasmon-exciton coupling for nanophotonic sensing on chip. Opt Express. 2020; 28(14): 20817.
Chamuah N, Saikia A, Joseph AM, Nath P. Blu-ray DVD as SERS substrate for reliable detection of albumin, creatinine and urea in urine. Sens Actuators B Chem. 2019; 285: 108–115.
Mu Y, Zhang X. A Paper-Fiber-Supported 3D SERS Substrate. Plasmonics. 2020; 15(3): 889–896.
Zhang L, Liu J, Zhou G, Zhang Z. Controllable in-situ growth of silver nanoparticles on filter paper for flexible and highly sensitive sers sensors for malachite green residue detection. Nanomaterials. 2020; 10(5): 826.
Song H, Li X, Yoo S, Wu Y, Liu W, Wang X, et al. Highly sensitive surface enhanced raman spectroscopy from Ag nanoparticles decorated graphene sheet. J Nanomater. 2014: 164.
Gudun K, Elemessova Z, Khamkhash L, Ralchenko E, Bukasov R. Commercial Gold Nanoparticles on Untreated Aluminum Foil: Versatile, Sensitive, and Cost-Effective SERS Substrate. J Nanomater. 2017.
Lu Y, Lin Y, Zheng Z, Tang X, Lin J, Liu X, et al. Label free hepatitis B detection based on serum derivative surface enhanced Raman spectroscopy combined with multivariate analysis. Biomed Opt Express. 2018; 9(10): 4755.
Jenkins CA, Jenkins RA, Pryse MM, Welsby KA, Jitsumura M, Thornton CA, et al. A high-throughput serum Raman spectroscopy platform and methodology for colorectal cancer diagnostics. Analyst. 2018; 143(24): 6014–24.
Li S, Li L, Zeng Q, Zhang Y, Guo Z, Liu Z, et al. Characterization and noninvasive diagnosis of bladder cancer with serum surface enhanced Raman spectroscopy and genetic algorithms. Scientific Reports. 2015; 5(1): 1–7.
Vargas-Obieta E, Martínez-Espinosa JC, Martínez-Zerega BE, Jave-Suárez LF, Aguilar-Lemarroy A, González-Solís JL. Breast cancer detection based on serum sample surface enhanced Raman spectroscopy. Lasers Med Sci. 2016; 31(7): 1317–1324.
Suksuratin P, Rodpai R, Luvira V, Intapan PM, Maleewong W, Chuchuen O. Rapid label-free detection of cholangiocarcinoma from human serum using Raman spectroscopy. PLoS One. 2022; 17(10): e0275362.
Lin D, Feng S, Huang H, Chen W, Shi H, Liu N, et al. Label-free detection of blood plasma using silver nanoparticle based surface-enhanced Raman spectroscopy for esophageal cancer screening. J Biomed Nanotechnol. 2014; 10(3): 478–484.
Badr Y, Mahmoud MA. Effect of silver nanowires on the surface-enhanced Raman spectra (SERS) of the RNA bases. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2006; 63(3): 639–645.
Colas FJ, Cottat M, Gillibert R, Guillot N, Djaker N, Lidgi-Guigui N, et al. Red-Shift Effects in Surface Enhanced Raman Spectroscopy: Spectral or Intensity Dependence of the Near-Field? Journal of Physical Chemistry C. 2016; 120(25): 13675–13683.
Agarwal UP. Analysis of cellulose and lignocellulose materials by raman spectroscopy: A review of the current status. Molecules. 2019; 24(9): 1659.
Ross MB, Ashley MJ, Schmucker AL, Singamaneni S, Naik RR, Schatz GC, et al. Structure-Function Relationships for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy-Active Plasmonic Paper. Journal of Physical Chemistry C. 2016; 120(37): 20789–20797.
Ngo YH, Li D, Simon GP, Garnier G. Effect of cationic polyacrylamides on the aggregation and SERS performance of gold nanoparticles-treated paper. J Colloid Interface Sci. 2013; 392(1): 237–246.
Chang J, Zhi X, Zhang A. Application of Graphene in Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Nano Biomed Eng. 2017; 9(1): 49–56.
Mutalib TNABTA, Tan SJ, Foo KL, Liew YM, Heah CY, Abdullah MMAB. Properties of polyaniline/graphene oxide (PANI/GO) composites: effect of GO loading. Polymer Bulletin. 2021; 78(9): 4835–4847.
Garg P, Bharti, Soni RK, Raman R. Graphene oxide–silver nanocomposite SERS substrate for sensitive detection of nitro explosives. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020; 31(2): 1094–1104.
Zimmerer C, Matulaitiene I, Niaura G, Reuter U, Janke A, Boldt R, et al. Nondestructive characterization of the polycarbonate - octadecylamine interface by surface enhanced Raman spectroscopy. Polym Test. 2019; 73: 152–158.
Betz JF, Yu WW, Cheng Y, White IM, Rubloff GW. Simple SERS substrates: powerful, portable, and full of potential. Physical Chemistry Chemical Physics. 2014; 16(6): 2224–2239.
Cui L, Butler HJ, Martin-Hirsch PL, Martin FL. Aluminium foil as a potential substrate for ATR-FTIR, transflection FTIR or Raman spectrochemical analysis of biological specimens. Analytical Methods. 2016; 8(3): 481–487.
Meng W, Hu F, Zhang LY, Jiang XH, Lu L De, Wang X. SERS and DFT study of crystal violet. J Mol Struct. 2013; 1035: 326–331.
Dao TC, Luong TQN, Cao TA, Nguyen NH, Kieu NM, Luong TT, et al. Trace detection of herbicides by SERS technique, using SERS-active substrates fabricated from different silver nanostructures deposited on silicon. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2015; 6(3): 035012.
Electrochemically deposited silver detection substrate for surface-enhanced Raman spectroscopy cancer diagnostics. J Biomed Opt. 2018; 23(07): 1.
He X, Ge C, Zheng X, Tang B, Chen L, Li S, et al. Rapid identification of alpha-fetoprotein in serum by a microfluidic SERS chip integrated with Ag/Au Nanocomposites. Sens Actuators B Chem. 2020; 317: 128196.
Akbar S, Majeed MI, Nawaz H, Rashid N, Tariq A, Hameed W, et al. Surface-Enhanced Raman Spectroscopic (SERS) Characterization of Low Molecular Weight Fraction of the Serum of Breast Cancer Patients with Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Square-Discriminant Analysis (PLS-DA). Analytical Letters. 2021; 55(10): 1588–15604.
Israelsen ND, Hanson C, Vargis E. Nanoparticle properties and synthesis effects on surface-enhanced Raman scattering enhancement factor: An introduction. Scientific World Journal. 2015.
Aleknavičienė I, Pabrėža E, Talaikis M, Jankunec M, Račiukaitis G. Low-cost SERS substrate featuring laser-ablated amorphous nanostructure. Appl Surf Sci. 2022; 571: 151248.
Meng W, Hu F, Zhang LY, Jiang XH, Lu L De, Wang X. SERS and DFT study of crystal violet. J Mol Struct. 2013; 1035: 326–331.
Ling X, Xie L, Fang Y, Xu H, Zhang H, Kong J, et al. Can graphene be used as a substrate for Raman enhancement?. Nano Lett. 2010; 10(2): 553–561.
Thi Kim Chi T, Thi N LE, Thi Thu Hien B, Quoc Trung D, Quang Liem N. PREPARATION OF SERS SUBSTRATES FOR THE DETECTION OF ORGANIC MOLECULES AT LOW CONCENTRATION. Communications in Physics. 2016; 26(3): 261–268.
Juntaracena K, Yuangkaew T, Horprathum M, Triroj N, Jaroenapibal P. Surface-enhanced Raman scattering activities and recyclability of Ag-incorporated WO3 nanofiber-based substrates. Vib Spectrosc. 2021; 115: 103276.
Mittelman AM, Fortner JD, Pennell KD. Effects of ultraviolet light on silver nanoparticle mobility and dissolution. Environ Sci Nano. 2015; 2(6): 683–691.
Walters C, Pool E, Somerset V. Aggregation and dissolution of silver nanoparticles in a laboratory-based freshwater microcosm under simulated environmental conditions. Toxicol Environ Chem. 2013; 95(10): 1690–1701.
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2024 วารสารวิจัย มข. (ฉบับบัณฑิตศึกษา)
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
