[논문 리뷰] Sel-assembled Rhodium Nanoantennas for Single-Protein UV SERS

Yanqiu Zou, Nicco Corduri외 12명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 19.

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications인용 수 1

한 줄 요약

자체 조립 라듐 나노다이머 안테나가 단일 단백질 UV-SERS를 가능하게 하며 편광-조정 가능한 응답을 제공함을 시연했고, 핫스포트에서 단일 streptavidin 분자를 통해 입증됨.

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.

연구 동기 및 목표

• 라듐 나노큐브를 사용하여 UV 다이머 안테나를 만들어 UV 플라즈모닉 SERS 능력을 금/은을 넘어 확장한다.
• DNA origami를 활용하여 나노안테나 간극 내 SERS 핫스폿에 단일 단백질을 결정론적으로 위치시키다.
• 단일 분자의 UV-SERS 신호를 시연하고 편광 의존성을 연구하여 핫스폿 위치 결정 및 방향성 효과를 확인한다.
• UV 범위에서 개별 생물분자의 생물스펙트로스코피를 위한 편광 가능하고 라벨-프리 광학 플랫폼을 제공한다.

제안 방법

• 라듐 나노큐브를 사용하여 UV 플라즈모닉 핫스폿을 만들기 위해 자가 조립된 라듐 다이머 나노안테나를 제조한다.
• DNA origami를 통해 다이머 간극에 단일 단백질(streptavidin)을 부착하여 결정론적 핫스폿 위치를 보장한다.
• 핫스폿에서 단일 단백질의 특징 신호를 검출하기 위해 UV-SERS 측정을 수행한다.
• 핫스폿에 단백질이 존재할 때 다이머 방향에 따라 신호 변조를 확인하기 위해 편광 의존 측정을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라듐 기반 UV 플라즈모닉 다이머가 단일 생물분자에서 검출 가능한 SERS 신호를 지원할 수 있는가?
• RQ2 나노안테나 핫스폿에 단일 단백질을 결정론적으로 위치시키는 것이 명확한 UV-SERS 판독값을 가능하게 하는가?
• RQ3 편광 의존성에 의해 예측된 대로 라듐 다이머의 이등편 방향에 의해 단일 단백질의 UV-SERS 신호가 변조되는가?

주요 결과

• 생물합성된 Rh-다이머는 다이머 간극에서 단일 streptavidin SERS 신호를 검출 가능하게 한다.
• 편광 의존 측정은 핫스폿에 단백질이 있을 때에만 다이머 방향에 의존하는 신호 변조를 생성한다.
• 이 연구는 UV 범위에서 개별 생물분자의 라벨-프리 광학 분석을 위한 민감하고 편광-조정 가능한 UV-SERS 플랫폼을 확립한다.