Surface Enhanced (Resonance)
Raman Spectroscopy SE(R)RS
v biofyzice
Doc. RNDr. Oldřich Vrána, CSc.
Historie
1928 – C.V. Raman, K.S. Krishnan (experiment)
1929 – Nobelova cena
1970 – RS biopolymerů (DNA, Proteiny)
 1974 – Fleischman, Hedra and McQuilan
(objev SERS efektu)
1977 – Jeanmarie, Duyne, resp. Albrecht,
Creighton
(„vysvětlení“ SERS)
18
19
Teorie SERS
 SERS je spektroskopická technika, která kombinuje moderni laserovou
spektroskopii s vyjímečnými optickými vlastnostmi kovových nanostruktur,
což má za následek mnohonásobné zvýšení Ramanova signálu u látek, které
se nalézají na nebo v bezprostřední blízkosti povrchu.
20
Elektromagnetická teorie
k rozptylu dochází v oblasti lokálně zvýšených optických polí (plazmony) na
povrchu kovových struktur.
Chemická teorie
molekuly v přímém kontaktu s kovovými nanostrukturami vytvářejí specifické
struktury „ nový Ramanovský proces“ se zesílením, které je větší než je tomu
u volných molekul (effekt první vrstvy)
SERS aktivní povrchy
Materiály: Ag, Au, Cu ,.....
elektrody
povrchy s předem upravenou morfologií na
něž jsou naneseny výše uvedené kovy
koloidní částice připravené redukcí Ag/Au solí
částice o vhodné velikosti pokryté SERS
aktivním kovem
21
Výhody SERS:
 citlivost ve srovnání s RS vyšší o 3-5 řádů
 v případě rezonančního efektu o další cca 4 řády
 efektivní zhášení fluorescence
 různé typy povrchů
 spojení s dalšími metodami (elektrochemie, AFM)
22
 krátký dosah (biomakromolekuly)
 závislost spektra na orientaci molekuly
 interakce s povrchem může vyvolávat denaturaci
(artefakty)
 „kontaminace“ spekter
 omezená stabilita koloidů, nutnost aktivace
UV-VIS spektra roztoku koloidních částic
v závislosti na stupni agregace
23
24
TEM Ag agregátů s nukleobasemi
25
Normalizovaná SERS spektra nukleobasí
SERS spektra neurotransmitérů
26
Srovnání RS a SERS spekter krátkých oligonukleotidů
27
SERS a RS spektra kratkých oligopeptidů
28
29
Tautomerní formy 9-aminoakridinu
30
SERS spektra 9-aminoakridinu a jeho komplexu s DNA
Schéma detekce DNA hybridizace pomoci SERS aktivní
značky
31
Idea přímého sekvenování DNA s využitím charakteristický
spekter bazí DNA
32
Escherichia coli, (a) elektron
mikroskopický obrázek, (b) SERS
spektrum buněk pokrytých Ag
koloidem
33
SERS spektra živých buněk
34
35
SERS spektra imobilizovaného flavinu v závislost na
potenciálu