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Analyse komplexer biologischer Proben mittels oberflächenverstärkter Ramanspektroskopie (SERS)
(2014)
Diese Studie beschäftigt sich mit dem Nachweis biologischer Proben mit Hilfe der Raman-Mikroskopie. Um ausreichende Signalintensitäten auch bei niedrigen Konzentrationen zu erhalten, wurde insbesondere der Effekt der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) näher untersucht. Als Proben dienten DNA aus Hering-Sperma und das Protein Albumin. Zur Verstärkung des Raman-Spektrums wurden zwei unterschiedliche Methoden verwendet. Zum Einen wurden in einem chemischen Reduktionsprozess Nanosilberpartikel hergestellt und den biologischen Proben zugemischt. Zum Anderen wurden mit Hilfe laserangeregter periodischer Oberflächenstrukturierung (LIPSS) erzeugte nanostrukturierte Silberoberflächen als Substrate für die Proben verwendet. Diese Methode wurde bislang nicht für die SERS-Analyse biologischer Proben eingesetzt. Erste hier präsentierte Messungen zeigen, dass beide Verfahren signifikante SERS-Verstärkungen liefern und potentiell leistungsstarke Methoden für die zerstörungsfreie Analyse biologischer Proben darstellen.
The formation of periodical nanostructures with femtosecond laser pulses was used to create highly efficient substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). We report about the structuring of silver and copper substrates and their application to the SERS of DNA (herring sperm) and protein molecules (egg albumen). The maximum enhancement factors were found on Ag substrates processed with the second harmonic generation (SHG) of a 1-kHz Ti:sapphire laser and structure periods near the SHG wavelength. In the case of copper, however, the highest enhancement was obtained with long-period ripples induced with at fundamental wavelength. This is explained by an additional significant influence of nanoparticles on the surface. Nanostructured areas in the range of 1.25 mm2 were obtained in 10 s. The surfaces were characterized by scanning electron microscopy, Fast Fourier Transform and Raman spectroscopy. Moreover, the role of the chemical modification of the metal structures is addressed. Thin oxide layers resulting from working in atmosphere which improve the biocompatibility were indicated by vibration spectra. It is expected that the detailed study of the mechanisms of laser-induced nanostructure formation will stimulate further applications of functionalized surfaces like photocatalysis, selective chemistry and nano-biology.