SERS nanosensors for real time multiplexing of intracellular hydrogen peroxide and pH dynamics

Abstract

The existence and progression of certain diseases are associated with the imbalances of different biomolecules. The multiplex sensing of hydrogen peroxide and pH can be potentially used for understanding the progression of certain diseases (e.g., Alzheimer's disease) and applied for diagnosis. In this thesis, nanosensors based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) were provided for real time multiplexing of intracellular hydrogen peroxide and pH dynamics. We systematically studied the fundamental factors and the impact aspects for the synthesis and modification of metallic nanostructure as SERS platform. Then we synthesized gold silica nanocapsules which anchored ensembles of interparticle hot spots in their inner surface offering robust Raman signals. The performance of 3-mercaptophenylboronic acid and 4-mercaptobenzoic acid modified gold silica nanocapsules coupling with SERS was further verified for multiplexing intracellular hydrogen peroxide and pH monitoring under different conditions. Facile and reliable multiplex nanosensors for intracellular hydrogen peroxide and pH were reported here.

El desarrollo de determinadas enfermedades se asocia a los desequilibrios de diferentes biomoléculas. La detección múltiple del peróxido de hidrógeno y el pH puede usarse potencialmente para comprender la progresión de ciertas enfermedades y su diagnóstico como la enfermedad de Alzheimer. En esta tesis, se desarrollaron nanosensores para La espectroscopía Raman de superficie mejorada (del inglés SERS) para la detección concomitante de las dinámicas del peróxido de hidrógeno y del pH intracelulares en tiempo real. Estudiamos los factores fundamentales que afectan la síntesis y modificación de nanoestructura metálica como plataforma SERS. Luego, sintetizamos nanocápsulas de sílice y oro provistos de conjuntos de puntos calientes entre partículas en su superficie interna que ofrecen señales Raman robustas. Se verificó el rendimiento de la señal Raman para la detección concomitante del peróxido de hidrógeno intracelular y la monitorización del pH en diferentes condiciones, usando nanocápsulas de sílice y oro modificadas con ácido 3-mercaptofenilborónico y ácido 4-mercaptobenzoico. Reportamos el uso de nanosensores múltiples, fáciles y fiables, para la detección del peróxido de hidrógeno y el pH intracelulares.