Easy detection of enzymes with the electrochemical-SERS effect

Význam tématu

Ramanova spektroskopie s povrchovým zesílením (SERS) ve spojení s elektrochemickými metodami poskytuje vysokou citlivost a selektivitu při identifikaci biomolekul díky charakteristickým Ramanovým fingerprint pásům. Umožňuje detekci enzymů v roztocích bez chemického značení, což je zásadní pro bioanalytické a průmyslové aplikace.

Cíle a přehled studie

Studie předkládá protokol elektrochemického SERS (EC-SERS) pro dvě modelové aplikace: detekci aldehyddehydrogenázy (ALDH) na stříbrných screen-printed elektrodách a detekci cytochromu c na konvenčních stříbrných elektrodách. Hlavním cílem je optimalizace aktivace povrchu elektrod a získání intenzivního Ramanova signálu.

Použitá instrumentace

• SPELEC RAMAN 638 s 638 nm laserem
• Ramanový probe RAMANPROBE638
• Spektroelectrochemické buňky RAMANCELL (SPE) a RAMANCELL-C (konvenční)
• Ag SPE (C013) a konvenční stříbrná elektroda 6.09395.044
• Ocelový protielektrod 6.0343.110 a Ag/AgCl referenční elektroda 6.0728.120
• Software DropView SPELEC pro řízení a analýzu dat

Použitá metodika

• Elektrochemická aktivace povrchu: CV sken z +0,50 V do −0,60 V za účelem tvorby stříbrných nanostruktur SERS
• Operando měření Ramanových spekter během cyklické voltamperometrie
• Integrační doba 2000 ms a zvolení potenciálu pro maximální intenzitu signálu

Hlavní výsledky a diskuse

• ALDH: Na Ag SPE ve 0,1 M KCl při −0,50 V byly získány intenzivní Ramanovy pásy ALDH (1000–1600 cm−1), dosud nepublikované.
• Cytochrom c: Na konvenční Ag elektrodě ve 0,1 M KCl při −0,70 V detekován redukovaný stav Fe, charakterizovaný pásy 713, 969, 1123, 1220, 1358, 1426, 1528, 1578 a 1604 cm−1.

Přínosy a praktické využití

• Rychlá a nenáročná detekce enzymů přímo v roztoku bez nutnosti značení
• Možnost sledovat redoxní stavy biomolekul
• Využití v QA/QC laboratořích, bioanalytice a průmyslové monitoraci

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření EC-SERS na další biomarkery, integrace s mikrofluidními platformami, real-time monitoring biologických procesů a vývoj přenosných zařízení pro on-site analýzy.

Závěr

Prokázaná metoda EC-SERS s 638 nm laserem poskytuje efektivní aktivaci stříbrných elektrod a spolehlivou detekci enzymů ALDH a cytochromu c. Jednoduchá příprava a vysoká citlivost předurčují tento přístup k širokému uplatnění v analytické chemii.

Reference

1. Martin-Yerga D. et al. Quantitative Raman Spectroelectrochemistry Using Silver Screen-Printed Electrodes. Electrochimica Acta 2018.
2. Brazhe N.A. et al. Probing Cytochrome c in Living Mitochondria with Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Sci Rep 2015.
3. Hu S. et al. Complete Assignment of Cytochrome c Resonance Raman Spectra via Enzymic Reconstitution with Isotopically Labeled Hemes. J. Am. Chem. Soc. 1993.