Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Khlebtsov N. G., Bogatyrev V. A., Dykman L. A., Krasnov Y. M., Melnikov A. G. Optical properties of colloidal-gold bioconjugates [Хлебцов Н. Г., Богатырев В. А., Дыкман Л. А., Краснов Я. М., Мельников А. Г. Оптические свойства биоконъюгатов коллоидного золота] // Известия вузов. ПНД. 2002. Т. 10, вып. 3. С. 172-187. DOI: 10.18500/0869-6632-2002-10-3-172-187

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2002-3_khlebtsov_etal.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
английский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.36
DOI: 
10.18500/0869-6632-2002-10-3-172-187

Optical properties of colloidal-gold bioconjugates
[Оптические свойства биоконъюгатов коллоидного золота]

Авторы: 
Хлебцов Николай Григорьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Богатырев Владимир Александрович, Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии Наук
Дыкман Лев Абрамович, Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии Наук
Краснов Ярослав Михайлович, Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии Наук
Мельников Андрей Геннадьевич, Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской Академии Наук
Аннотация: 

Обсуждаются оптические свойства единичных и агрегированных конъюгатов коллоидного золота, которые синтезируются при адсорбции биополимеров на поверхности золотых наночастиц. Для моделирования ослабления и рассеяния света подобными структурами использована обобщенная теория Ми для произвольной мультисферной конфигурации рассеивателей и метод дискретных диполей вместе с компьютерной моделью кластер-кластерной агрегации. В первой части статьи обсуждаются следующие вопросы: статистическое и ориентационное усреднение оптических наблюдаемых параметров; оптические эффекты, связанные с линейными цепочками наночастиц; влияние полимерного покрытия и межчастичного расстояния на оптические свойства агрегатов; моделирование кинетических изменений оптических свойств агрегированных золей, формируемых в процессе биоспецифического связывания конъюгатов; модификация мультипольного подхода для случая двухслойных мономеров. Во второй части статьи дается краткий обзор наших экспериментальных исследований по синтезу, теоретическому моделированию и практическому применению биомаркеров на основе коллоидного золота (включая биомедицинские приложения), и приводятся экспериментальные примеры оптического мониторинга биоспецифических взаимодействий на нанометровом масштабе.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Эта работа была частично поддержана CRDF грант № REC-006, и Грантами RFBR № 01-03-33130 и № 01-04-48736. Мы благодарим Д.Н. Тихинина (ИБППМ РАН) за помощь в подготовке рукописи, Yu-lin Xu (Университет Флориды, США) и Дэниела Маковски (Оберн Унив., США) за компьютерные программы GMM.
Список источников: 
  1. Schalkhammer Th. Metal nano clusters аs transducers for bioaffinity interactions // Chem. Monthly. 1998. V. 129. P. 1067.
  2. Lyon L.А., Musick M.D., Natan M.J. Colloidal Au-enhanced surface plasmon resonance immunosensing // Anal. Chem. 1998. V. 70. P. 5177.
  3. Mulett WM., Lai E.P.C., Yeung J.M. Surface plasmon resonance-based immunoassays // Methods. 2000. V. 22. P. 77.
  4. Mirkin C.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff J.J. DNA-based method for rationally assembling nanoparticles 10 macroscopic materials // Nature. 1996. V. 382. P. 607.
  5. Boal А.К., Ilhan F., DeRoucher J.E., Thurn-Albrecht Th., Rotello V.M. Self-assembly оf nanoparticles into structured spherical and network aggregates // Nature. 2000. V. 404. P. 746.
  6. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. -New York: Wiley, 1983.
  7. Khlebtsov N.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Melnikov A.G. Optical ргоperties оf colloidal gold and its biospecific conjugates / Colloid J. 1995. V. 57. P. 384.
  8. Storhoff J.J., Lazarides A.A., Mucic R.C., Mirkin C.A., Letsinger R.L., Schatz G.C. What controls the optical properties оf DNA-linked gold nanoparticle assemblies? // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. P. 4640.
  9. Schatz G.S. Electrodynamics of nonspherical nobel nanoparticles and nanoparticle aggregates // Theochem. 2001. V. §73. P. 73,
  10. Leuvering J.H., Thal P.J., van der Waart M., Schuurs A.H. Sol particle immunoassay (SPIA) // J. Inmunoassay. 1980. V. 1. P. 77.
  11. Ciesiolka T., Gabius H.-J. An 8 to 10 fold enhancement in sensitivity for quantitation оf proteins by modified application оf colloidal gold // Anal. Biochem. 1988. V. 168. Р. 280.
  12. Englebienne Р., Van Hoonacker А., Valsamis J. Rapid homogeneous immunoassay for human ferritin in the Cobas Mira using colloidal gold as the reporter reagent // Clin. Chem. 2000. V. 46. P. 2000.
  13. Englebienne P., Van Hoonacker A., Verhas M. High-throughput using the surface plasmon resonance effect of colloidal gold nanoparticles // Analyst. 2001. V. 126. Р. 1645.
  14. Khlebtsov N.G., Maksimova I.L., Tuchin V.V., Wang L. Introduction to light scattering by biological objects // In: Handbook оf Optical Biomedical Diagnostics / Tuchin V.V. (Ed.), -Bellingham, Washington: SPIE, 2002. P. 31.
  15. Khiebtsov N.G., Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Melnikov A.G. Extinction оf light by aggregated gold particles and aggregated conjugates of gold particles to biospecific macromolecules // In: Electromagnetic and Light Scattering by Nonspherical Particles: Theory and Applications / Obelleiro F., Rodriguez J. L., Wriedt T. (Eds), - Vigo, Spain. 1999. P. 43.
  16. Khlebtsov N.G., Dykman LA., Krasnov YaM., Melnikov A.G. Light absorption by the clusters оf colloidal gold and silver particles formed during slow and fast aggregation // Colloid J. 2000, V. 62. P. 765.
  17. Khlebtsov N.G. An approximate method for calculating scattering and absorption of light by fractal aggregates // Opt. Spectrosc. 2000. V. 88. Р. 594.
  18. Khlebtsov N.G. Orientational averaging of the integral cross sections in the discrete dipole method // In: Light Scattering by Nonspherical Particles: Halifax Contributions / Videen G., Fu Q., Chylek P. (Eds), -Adelphy, Marylend: Army-Research Laboratory, 2000. P. 123.
  19. Khlebtsov N.G., Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Krasnov Ya.M., Medvedev B.A. Extinction and scattering of light by gold nanoparticle clusters resulting from salt and biospecific aggregation // Ibid. Р. 245.
  20. Khlebtsov N.G. Orientational averaging оf integrated cross sections in the discrete dipole method // Opt. Spectrosc. 2001. V. 90. P. 408.
  21. Bogatyrev М.А., Medvedev В.А., Dykman L.A., Khlebtsov N.G. Light scattering spectra оf colloidal gold aggregates: experimental measurements and theoretical simulations // In: Saratov Fall Meeting 2000: Optical Technologies in Biophysics and Medicine II / Tuchin V.V. (Ed.), Proc. SPIE, V. 4241. -Bellingham, Washington: SPIE, 2001. P. 42.
  22. Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Bogatyrev V.A., Khlebtsov N.G. Quantitative immunoassay method based on extinction spectra of colloidal gold bioconjugates // Ibid. 237
  23. Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Plotnikov V.K., Khlebtsov N.G. Biospecific assembling of gold nanoparticles with protein or oligonucleotide linkers аs studied by light scattering and extinction spectra // In: Saratov Fall Meeting 2001: Optical Technologies in Biophysics and Medicine III / Tuchin V.V. (Ed.), Proc. SPIE, V. 4707. -Bellingham, Washington: SPIE, 2002 (in press).
  24. Egorenkova E.V., Konnova S.A., Fedonenko Yu.P., Dykman L.A., Ignatov V.V. Role of the polysaccharide components of Azospirillum brasilense capsules in bacterial adsorption оn wheat seedling roots // Microbiology. 2001. V. 70. P. 36.
  25. Chumakov M.I., Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Kurbanova I.V. Investigation of the cell surface structures оf Agrobacteria involved in bacterial and plant interactions // Microbiology. 2001. V. 70. P. 232-238.
  26. Dykman L.A., Bogatyrev V.A. Use оf the dot-immunogold assay for the rapid diagnosis оf acute enteric infections // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2000. V. 27. P. 135-137.
  27. Sumaroka M.V., Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Evseeva N.V., Zaitseva LS., Shchyogolev S. Yu., Volodarsky A.D. Use оf the dot-blot immunogold assay to identify а proliferative antigen т the initial cells оf а wheat stem meristem // J. Immunoassay. 2000. V. 21. P. 401-410.
  28. Sumaroka M.V., Dykman L.A., Bogatyrev V.A., Zaitseva L.S., Sokolov O.I., Shchyogolev S.Yu., Harris W.J. Preparation, selection and immunodetection оf antibodies to low-molecular-weight compounds by using hapten-colloidal gold conjugates and combinatorial phage libraries // Allergology and immunology. 2000. V. 1. P. 134-135.
  29. Dykman L.A., Sumaroka M.V., Staroverov S.A., Zaitseva I.S.., Bogatyrev V.A. The immunogenicity оf colloidal gold // Biol. Bull. 2002 (in press).
  30. Khlebtsov N.G., Melnikov A.G. Structural anisotropy оf fractal clusters and orientational optic effects in transmitted light // Colloid J. 1998. V. 60. P. 781.
  31. Draine B.T. Electromagnetic scattering by compounded spherical particles // In: Light scattering by Nonspherical Particles / Mishchenko M.I., Hovenier J.W., Travis L.D. (Eds), San Diego: Academic Press, 2000. P. 131.
  32. Markel V.A., Shalaev V.M., Stechel E.B., Kim W., Armstrong R.L. Small-particle composites. I. Linear optical properties // Phys. Rev. В. 1996. V. 53. P. 2425.
  33. Yu-lin Xu. Electromagnetic scattering by ап aggregate оf spheres. // Appl. Opt.1995. V. 34. P. 4573,
  34. Fuller К.А., Mackowski D.W. Electromagnetic scattering by compounded spherical particles // In: Light Scattering by Nonspherical Particles : Theory, Measurements, and Applications / Mishchenko M.L, Hovenier J.W., Travis L.D. (Eds), - San Diego: Academic Press, 2000. P. 225.
  35. Khlebtsov N.G. Orientational averaging of light scattering observables in the T-matrix approach // Appl. Opt. 1992. V. 31. P. 5359.
  36. Khlebtsov N.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Melnikov A.G. Spectral extinction оf colloidal gold and its biospecific conjugates // J. Colloid Interface Sci. 1996. V. 180. P. 436.
  37. Lazarides A.A., Schatz G.C. DNA-linked metal nanosphere materials: Structural basis for the optical properties // J. Phys. Chem. В. 2000. V. 104. P. 460.
  38. Lazarides A.A., Schatz G.C. DNA-linked metal nanosphere materials: Fourier-transform solutions for е optical response // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. P. 2967.
  39. Nath N., Chilkoti А. A colorimetric gold nanoparticle sensor to interrogate biomolecular interactions in real time оn а surface // Anal. Chem. 2002. V. 74. P. 504.
  40. Eck D., Helm Ch.A., Wagner N.J., Vaynberg K.A. Plasmon resonance measurements of the absorption and adsorption kinetics of a biopolymer onto gold nanocolloids // Langmuir. 2001. V. 17. P.957.
  41. Dykman L.А., Bogatyrev V.A. Colloidal gold in solid-phase analysis. A review // Biochemistry (Moscow) 1997. V. 62. P. 350.
  42. Danilova Yu.Е. Localization оf Optical Excitations in Colloidal Silver Aggregates. PhD Thesis, Inst. Automatics and Electrometry RAS, Novosibirsk, 1999.
  43. Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Krasnov Ya.M., Plotnikov V.K., Khlebtsov N.G. A method оf differential spectroscopy of scattered light for studies оf biospecific assembling оf gold nanoparticles with protein оr oligonucleotide probes // Colloid J. 2002. V. 64. № 6.
  44. Maclagan N.F. The serum colloidal gold reaction as а liver function test // Brit. J. Exp. Pathol. 1944. V. 25. P. 15.
  45. Faulk W., Taylor С. An immunocolloid method for the electron microscope // Immunochemistry. 1971. V. 8. P. 1081.
  46. Neagu C., van der Werf К.О., Putman C.A.J., Kraan YM., de Grooth B.G., van Hulst N.F., Greve J. Analysis оf immunolabeled cells by atomic force microscopy, optical microscopy, flow cytometry // J. Struct. Biol. 1994. V. 112. P. 32.
  47. Moeremans M., Daneels G., van Dijck A., Langanger G., De Mey J. Sensitive visualization of antigen-antibody reactions in dot and blot immune overlay assays with immunogold and immunogold/silver staining // J. Immunol. Methods. 1984. V. 74. Р. 353.
  48. Shyu R.H., Shyu H.F., Ми H.W., Tang S.S. Colloidal gold-based immunochromatographic assay for detection оf ricin // Toxicon. 2002. V. 40. P. 255.
  49. Shiosaka S., Kiyama H., Wanaka A., Tohyama M. A new method for producing a specific and high titre antibody against glutamate using colloidal gold as a carrier // Brain Research. 1986. V. 382. P. 399-403.
  50. Bogatyrev V.A., Ivanova L.Yu., Schwartsburd B.I., Khlebtsov N.G. Use оf colloidal gold in immunodot technique // 19th Meeting FEBS, Rome, July 2-7, 1989. Abstr. Book, P. 30.
  51. Kamnev A.A., Dykman L.A., Tarantilis P.A., Polissiou M.G. Surface-enhanced Fourier transform infrared spectroscopy оf protein A conjugated with colloidal gold // In: Metal Tons in Biology and Medicine, V. 7 / Khassanova L., Collery Ph., Maymard L., Khassanova Z., Etienne J.-C. (Eds), -Paris: John Libbey Eurotext, 2002. P. 104.
Поступила в редакцию: 
21.05.2002
Принята к публикации: 
30.06.2002
Опубликована онлайн: 
12.01.2024
Опубликована: 
30.09.2002
  • 381 просмотр