Patenty - oferta nr. 4/15
Sposób nakładania analitu z roztworu na podłoże do powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii w polu elektrycznym
- Opis:
Przedmiotem wynalazku jest sposób nanoszenia analitu na podłoże (substrat) SES (spektroskopii wzmacnianej powierzchniowo) obejmujący proces osadzania w polu elektrycznym, charakteryzujący się tym że zawiera etapy: umieszczenie substratu w układzie; naniesienie roztworu; osadzanie analitu w polu elektrycznym w określonym czasie. Zaprezentowane rozwiązanie poprawia jednorodność wyników oraz czułość pomiaru.
Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana (SERS) to technika analityczna, pozwalająca w założeniach na osiągnięcie najwyżej czułości – detekcji pojedynczych molekuł. Do działania metoda wymaga odpowiednio wzmacniającego podłoża (nośnika), pokrytego nanostukturami metali, na który nakładany jest analit. Jednak choć techniki produkcji coraz doskonalszych podłoży są rozwijane od wielu lat, problem efektywnego nakładania na nie analitu, choć równie ważny jak jakość samego podłoża, nadal stanowi wyzwanie.
Prezentowana metoda pozwala na efektywne i szybkie osadzenie analitu na powierzchni SERS‑aktywnej. Umożliwia to skrócenie analizy z wielu godzin do zaledwie kilku minut, a także poprawia jednorodność i jakość uzyskanych wyników.
Metoda polega na osadzaniu analitu na powierzchni za pomocą przyłożonego zmiennego pola elektrycznego. Naładowane cząsteczki analitu poruszają się pod wpływem pola elektrycznego, co pozwala to na ich ściągnięcie i osadzenie na powierzchni.Metoda została przetestowana na serii podłoży przygotowanych wg patentu P-408785, pokrytych warstwą nanocząstek srebra. Zaprojektowano i przygotowano działający prototyp celki do osadzania analitu na podłoża SERS-aktywne (Rysunek 1). Wykorzystanym analitem testowym był kwas 4-merkaptobenzoesowy (PMBA). Opracowana metoda pozwoliła na uzyskanie jednorodnych widm, przy jednoczesnym skróceniu czasu analizy z 20 godzin do 5 minut oraz zmniejszeniu użytej objętości z 2 ml do 160 µl (Rysunek 2). Najkorzystniejszy zakres użytych częstotliwości został obliczony teoretycznie i był w dobrej zgodności z danymi eksperymentalnymi. Stanowi to dowód na to, że możliwe jest dopasowanie częstotliwości do danego typu analitu wyłącznie na podstawie teoretycznych rozważań.
- Twórcy:
Łukasz Richter, Jan Paczesny, Monika Księżopolska-Gocalska, Robert Hołyst
- Zalety:
- szybka i wygodna metoda osadzania analitu z roztworu
- zwiększenie jednorodności oraz czułości pomiarów
- Słowa kluczowe:
spektroskopia wzmacniana powierzchniowoosadzanie analitu, pole elektryczne
- Dziedzina:
- Zastosowanie:
Chemia analityczna, Diagnostyka, Farmacja i Leki, Medycyna środowiskowa i sportowa, Metody i aparatura analityczna, Techniki elektryczne
Badania nad coraz doskonalszymi podłożami do wzmacnianej powierzchniowo spektroskopii Ramana (SERS) trwają nieprzerwanie od wielu lat. Jednak samo podłoże dobrej jakości nie wystarcza do przeprowadzenia skutecznej analizy. Potrzeba jeszcze nałożyć na nie badany analit. Aby tego dokonać zazwyczaj zanurza się podłoże w kilku mililitrach próbki na kilka do kilkunastu godzin. Etap ten bardzo wydłuża cały pomiar. Dodatkowo nawet wtedy nie ma pewności, że analit jest osadzony równomiernie na powierzchni SERS-aktywnej. A tylko takie osadzenie analitu pozwoli na uzyskanie powtarzalnych rezultatów, które umożliwią wyciąganie wiążących wniosków. Problem nakładania analitu na podłoże wciąż stanowi jedno z większych wyzwań stojących na drodze ku powszechnemu wykorzystaniu techniki SERS. Metoda przedstawiona przez nas stanowi rozwiązanie tego zagadnienia.
Przedstawione zgłoszenie patentowe może stanowić podstawę do stworzenia urządzenia pozwalającego na osadzenie analitu z roztworu na podłoże nie tylko do techniki SERS, ale także do dowolnej spektroskopii wzmacnianej powierzchniowo, jak na przykład powierzchniowo wzmacniana luminescencja, powierzchniowo wzmacniana fluorescencja, powierzchniowo wzmacniana absorpcja w zakresach UV-Vis oraz IR, techniki SPR (z ang. „surface plasmon resonance”) czy LSPR (z ang. „localized surface plasmon resonance”). Dzięki takiemu urządzeniu, każda analiza tego typu będzie trwała kilka minut, co pozwoli na drastycznie skrócenie czasu, potrzebnego na uzyskanie wyników. Dodatkowo poprawia ona zarówno jakość, jednorodność, jak i efektywne uzyskane wzmocnienie. Takie rozwiązanie znacząco polepszy zarówno wszelkie testy (chemiczne, biochemiczne i inne) oparte o techniki wzmacniane powierzchniowo (w tym SERS), stosowane w medycynie, przemyśle spożywczym czy badaniach środowiskowych, a także pozwoli na znaczące przyspieszenie badań, prowadzonych w wielu ośrodkach naukowych.
Przedstawione przez nas rozwiązanie stanowi ulepszenie każdej analizy SERS, w której analit obecny w próbce ma ładunek (co w rzeczywistości ma miejsce w większość przypadków). Przydatne jest zatem w każdej dziedzinie, w której znajduje zastosowanie sama technika SERS.
Rejestrowane widma SERS dają „odcisk palca” badanych substancji - są na tyle specyficzne, że nie ma konieczności znakowania badanych molekuł (Nature Methods 2010, 7, 36). Podłoża te mogą być wykorzystywane w analizach biomedycznych na przykład w identyfikacji bakterii. Powszechnie stosowane metody, oparte głownie na technice PCR, są złożone i czasochłonne. Analiza bakterii przy pomocy techniki SERS mogłaby natomiast posłużyć do uzyskiwania widm charakterystycznych dla konkretnych gatunków bakterii, a to z kolei do stworzenia bazy widm, która pozwoliłaby w szybki i mało skomplikowany sposób pomóc w określeniu przynależności gatunkowej tych mikroorganizmów. Taka analiza znajdowałaby zastosowanie zarówno w przemyśle spożywczym, jak i w badaniach środowiskowych. Przede wszystkim jednak byłaby niezwykle ważna w medycynie, kiedy to życie pacjenta z infekcją bakteryjną zależy często od zastosowania odpowiedniego leku skierowanego przeciwko konkretnemu mikroorganizmowi, a to - od szybkiego i bezbłędnego zdiagnozowania choroby, na którą cierpi pacjent.
SERS ma ogromny potencjał w wykrywaniu wirusów m.in. w ochronie zdrowia, produkcji żywności, procesach biotechnologicznych, ochronie roślin oraz wykrywaniu potencjalnego ataku bronią biologiczną. Innym potencjalnym polem zastosowań jest analiza obecności i rodzaju narkotyków.
- Stan zaawansowania:
Etap prototypu
- Prawa własności intelektualnej:
Zgłoszenie patentowe w Polsce
