Surface-enhanced Raman spectral detection of bilirubin and temporally synchronized monitoring of its photochemical transformations in selected solvents by SERS and electronic absorption spectroscopy

Abstract

Surface-enhanced Raman scattering (SERS)-active systems based on macroscopic Ag nanosponge aggregates as well as the conditions of SERS spectral measurements were optimized for selective and sensitive detection of a biomedically important, amphiphilic bile pigment bilirubin (BR) in alkaline aqueous solutions and in its solutions in a selected water miscible solvent, namely dimethylsulfoxide (DMSO) and/or water-immiscible solvent, namely CH2Cl2. Ag nanosponges assembled by using HCl as a pre-aggregation agent were found to be the optimal SERS-active systems for a reliable detection of BR in all the above-mentioned solvents. In all cases, the protonated form of adsorbed BR has been detected upon BR incorporation into Ag nanosponges, and its marker bands have been established by SERS spectral probing at excitation wavelengths in the 445-780 nm range. The sensitivity of SERS spectral detection was evaluated in terms of the concentration values of SERS spectral detection limits (SERS LODs) of BR incorporated into Ag nanosponges. In particular, the SERS LOD for BR incorporated from its alkaline aqueous solution is 1 x 10-8 M (at 532 nm excitation), for BR incorporated from its solution in DMSO, its value is also 1 x 10-8 M (at 532 and/or 633 nm excitations), and for incorporation from the solution of BR...

Povrchem zesílené Ramanovy rozptylové (SERS)-aktivní systémy založené na makroskopických Ag agregátech s vnitřní nanohoubovitou strukturou a podmínkách jejich SERS spektrálních měření byly optimalizovány pro selektivní a citlivou detekci biomedicínsky významného, amfifilního žlučového pigmentu bilirubinu (BR) v zásaditém vodném roztoku a jeho roztocích ve vybraných vodou mísitelných rozpouštědlech, konkrétně dimethylsulfoxidu (DMSO) a/nebo vodou nemísitelném rozpouštědle, jmenovitě CH2Cl2. Ag agregáty s vnitřní nanohoubovitou strukturou připravené s pomocí preagregačního činidla HCl byly zvoleny jako optimální SERS-aktivní systémy pro spolehlivou detekci BR ve všech dříve zmíněných rozpouštědlech. Ve všech případech, protonovaná forma adsorbovaného BR byla detegována v Ag agregátech s vnitřní nanohoubovitou strukturou, kam byl BR inkorporován, a jeho charakteristické pásy byly stanoveny pomocí SERS spektrálních měření na excitačních vlnových délkách v rozmezí 445-780 nm. Citlivost SERS spektrální detekce byla vyhodnocena na základě koncentračních hodnot SERS spektrálních detekčních limit (SERS LODs) BR inkorporovaného do Ag agregátů s vnitřní nanohoubovitou strukturou. SERS LOD pro BR v alkalickém vodném roztoku i v DMSO je 1∙10-8 M (s použitím excitační vlnové délky 532 nm/633 nm), což je nejnižší...