[論文レビュー] Sel-assembled Rhodium Nanoantennas for Single-Protein UV SERS

Yanqiu Zou, Nicco Corduri+12 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2026

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications被引用数 1

ひとこと要約

自組織化Rh同位二量体アンテナにより単一タンパク質UV-SERSを実現、ホットスポットでの分極可同調応答を示す。ホットスポットでのストレプトビジン分子1分子を用いたデモンストレーション。

ABSTRACT

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) provides critical insights into analyte structure, dynamic processes, and intermolecular interactions at the single-molecule level. By exploiting the hotspot formation in the vicinity of plasmonic structures, SERS constitutes an established tool for fundamental biological research, particularly for early-stage disease diagnostics. In this context, the DNA Origami technique, with its high addressability, enables both the assembly of plasmonic nanostructures with nanometric accuracy, and the deterministic placement of a single analyte molecule precisely at the generated hotspot within them. To date, most DNA Origami based nanoantennas rely on gold or silver nanoparticles (NPs), whose plasmonic resonances are confined to the visible spectrum, severely limiting their use in other spectral ranges. To extend the operating range, we have recently established a robust strategy for self-assembling programmable ultraviolet (UV)-plasmonic dimer antennas using rhodium nanocubes. Herein, we leverage this tailored architecture to systematically investigate its performance for single-molecule UV-SERS. We demonstrated how biofabricated Rh-dimers can be used to detect the characteristic SERS signal of a single streptavidin molecule linked at the dimer s gap. Our results are validated through polarization dependent measurements that yield the expected signal modulation depending on the the dimer orientation only for the DNA origami with a protein at the hotspot. This work establishes a highly sensitive and polarization-tunable UV-SERS platform, laying a solid foundation for label-free optical investigation and bio-spectroscopy of individual biomolecules in the UV spectral range.

研究の動機と目的

• 金/銀を超えるUVプラズモニックSERS能力をRh立方体ナノキューブを用いてUVダイマーアンテナを作成することで拡張する。
• DNAオリガミを活用してSERSホットスポットをナノアンテナ間隙に決定論的に単一タンパク質を配置する。
• 単一分子のUV-SERS信号を実証し、分極依存性を研究してホットスポットの局在と配置効果を確認する。
• UV領域で個々の生体分子をラベルフリーで光学的に観察する、分極調整可能なプラットフォームを提供する。

提案手法

• Rhodiumナノキューブを用いて自己組織化Rhダイマー・ナノアンテナを作製し、UVプラズモニックホットスポットを形成する。
• DNAオリガミを介してダイマー間隙に単一タンパク質（ストレプトビジン）を結合させ、ホットスポット配置を決定論的に保証する。
• ホットスポットで分子が識別可能な単一タンパク質の特徴的信号を検出するためにUV-SERS測定を行う。
• ホットスポットにタンパク質が存在する場合のダイマー配置に応じた信号変調を検証するため、偏光依存測定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RhベースのUVプラズモニックダイマーは単一生体分子のSERS信号を検出可能か。
• RQ2 ナノアンテナホットスポットへの単一タンパク質の決定論的配置は明確なUV-SERS読み出しを可能にするか。
• RQ3 UV-SERS信号はRhダイマーの双極子配置によって偏光依存性に予測通り変調されるか。

主な発見

• 生体組織培養Rhダイマーはダイマー間隙で単一ストレプトビジンSERS信号の検出を可能にする。
• 偏光依存測定は、タンパク質がホットスポットにある場合にのみダイマー配置に依存した信号変調を示す。
• 本研究はUV域で個々の生体分子をラベルフリー光学的に調査するための感度が高く、偏光調整可能なUV-SERSプラットフォームを確立する。