[论文解读] Single-molecule DNA Bases Discrimination in Oligonucleotides by Controllable Trapping in Plasmonic Nanoholes

Jian‐An Huang, Mansoureh Z. Mousavi+7 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2019

Nanopore and Nanochannel Transport Studies参考文献 92被引用 57

一句话总结

本文通过在等离子体纳米孔中捕获金纳米粒子以延长停留时间，从而实现单分子SERS对全部四种DNA碱基的辨别，从而在寡核苷酸中实现无标签的碱基识别。

ABSTRACT

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) sensing of DNA sequences by plasmonic nanopores could pave a way to new generation single-molecule sequencing platforms. The SERS discrimination of single DNA bases depends critically on the time that a DNA strand resides within the plasmonic hot spot. However, DNA molecules flow through the nanopores so rapidly that the SERS signals collected are not sufficient for single-molecule analysis. In this work, we report an approach to control the time that molecules reside in the hot spot by physically adsorbing them onto a gold nanoparticle and then trapping the single nanoparticle in a plasmonic nanohole. By trapping the nanoparticle for up to minutes, we demonstrate single-molecule SERS detection of all 4 DNA bases as well as discrimination of single nucleobases in a single oligonucleotide. Our method can be extended easily to label-free sensing of single-molecule amino acids and proteins.

研究动机与目标

• 激发基于孔的SERS用于单分子DNA测序。
• 通过增加分子在热点区域的停留时间来解决快速穿梭导致SERS信号质量受限的问题。
• 展示在等离子体纳米孔中对金纳米粒子进行可控捕获，从而实现单分子碱基辨别。

提出的方法

• 物理吸附DNA分子到金纳米粒子上，形成局部的SERS活性系统。
• 将纳米粒子捕获在等离子体纳米孔内，以可控地延长暴露在热点的时间。
• 记录SERS信号，在单分子水平上辨别全部四种DNA碱基。
• 将该方法应用于在单个寡核苷酸中区分单个碱基。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过在等离子体热点增加停留时间，是否可以实现对所有DNA碱基的单分子SERS辨别？
• RQ2 将纳米粒子捕获在等离子体纳米孔中是否可以在不标记的情况下区分单个寡核苷酸中的碱基？
• RQ3 该方法是否可扩展到其他生物分子如氨基酸和蛋白质？

主要发现

• 已证明对所有四种DNA碱基的单分子SERS检测。
• 可控捕获使热点中的停留时间达到分钟级。
• 成功区分单个寡核苷酸中的碱基。
• 方法表明易于扩展到对氨基酸和蛋白质的无标签传感。