Abstract
This paper describes the development of a nanoscale optical pH probe based upon the surface-enhanced Raman scattering (SERS) properties of silica–gold core-shell nanoparticles. In this approach, a thin layer of gold is deposited onto a core of silica to form a metallic nanoshell with surface plasmon modes in the red-to-near-infrared spectral region. The surface of the nanoshell is functionalized with a pH-sensitive SERS reporter molecule, 4-mercaptopyridine (4-MPy). The SERS spectra of 4-MPy is shown to be sensitive to the pH of the surrounding media within the range of 3 to 7. In addition, it is shown that individual silica–gold core-shell nanoparticles yield more reliable SERS spectra than aggregates of core-shell nanoparticles.
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Simon
S. M.
Schindler
M.
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91 , 3497 (1994 ).
2.
Poschet
J.
Perkett
E.
Deretic
V.
, Trends Mol. Med. 8 , 512 (2002 ).
3.
Khramtsov
V. V.
, Curr. Org. Chem. 9 , 909 (2005 ).
4.
Buck
S. M.
Koo
Y.-E. L.
Park
E.
Xu
H.
Philbert
M. A.
Brasuel
M. A.
Kopelman
R.
, Curr. Opin. Chem. Biol. 8 , 540 (2004 ).
5.
Brasuel
M.
Kopelman
R.
Philbert
M. A.
Aylott
J. W.
Clark
H.
Kasman
I.
King
M.
Monson
E.
Sumner
J.
Hoyer
M.
Miller
T. J.
Tjalkens
R.
, Optical Biosensors: Present and Future (Elsevier Science , Amsterdam, Netherlands , 2002 ), pp. 497 –536 .
6.
Cottingham
K.
, Anal. Chem. 17 , 354A (2005 ).
7.
Chen
Y.
Rosenzweig
Z.
, Anal. Chem. 74 , 5132 (2002 ).
8.
Medintz
I. L.
Clapp
A. R.
Mattoussi
H.
Goldman
E. R.
Fisher
B.
Mauro
J. M.
, Nature Mater. 2 , 630 (2003 ).
9.
Jin
W. J.
Costa-Fernandez
J. M.
Pereiro
R.
Sanz-Medel
A.
, Anal. Chim. Acta 522 , 1 (2004 ).
10.
Ji
X.
Zheng
J.
Xu
J.
Rastogi
V. K.
Cheng
T.-C.
DeFrank
J. J.
Leblanc
R. M.
, J. Phys. Chem. B 109 , 3793 (2005 ).
11.
Abbe
E.
, Arch. Fuer Mikroskopische Anatomie und Entwicklungmechanik 9 , 413 (1873 ).
12.
Prasad
P. N.
, Introduction to Biophotonics (John Wiley and Sons Publishing , Hoboken, NJ , 2003 ), pp. 214 –215 .
13.
Schluecker
S.
Schaeberle
M. D.
Huffman
S. W.
Levin
I. W.
, Anal. Chem. 75 , 4312 (2003 ).
14.
König
K. J.
, Microscopy (Oxford) 200 , 83 (2000 ).
15.
Nie
S.
Emory
S. R.
, Science (Washington, D.C.) 275 , 1102 (1997 ).
16.
Kneipp
K.
Want
Y.
Kneipp
H.
Perelman
L. T.
Itzkan
I.
Dasari
R. R.
Feld
M. S.
, Phys. Rev. Lett. 78 , 1667 (1997 ).
17.
Jiang
J.
Bosnick
K.
Maillard
M.
Brus
L.
, J. Phys. Chem. B 107 , 9964 (2003 ).
18.
Bizzarri
A. R.
Cannistraro
S.
, J. Phys. Chem. B 109 , 16571 (2005 ).
19.
Kneipp
K.
Kneipp
H.
Itzkan
I.
Dasari
R. R.
Feld
M. S.
, Chem. Phys. 67 , 144 (2001 ).
20.
Moskovits
M.
, J. Raman Spectrosc. 36 , 485 (2005 ).
21.
Moore
A. A.
Jacobson
M. L.
Belabas
N.
Rowlen
K. L.
Jonas
D. M.
, J. Am. Chem. Soc. 127 , 7292 (2005 ).
22.
Vosgroene
T.
Meixner
A. J.
, Chem. Phys. Chem. 6 , 154 (2005 ).
23.
Moskovits
M.
, Rev. Mod. Phys. 57 , 783 (1985 ).
24.
Campion
A.
Kambhampati
P.
, Chem. Soc. Rev. 27 , 241 (1998 ).
25.
Link
S.
El Sayed
M. A.
, J. Phys. Chem. B 103 , 8410 (1999 ).
26.
Anderson
P. C.
Rowlen
K. L.
, Appl. Spectrosc. 56 , 124A (2002 ).
27.
Lue
J.-T.
, J. Phys. Chem. Solids 62 , 1599 (2001 ).
28.
Fleischmann
M.
Hendra
P. J.
McQuillan
A. J.
, Chem. Phys. Lett. 26 , 163 (1974 ).
29.
Jeanmaire
D. L.
Van Duyne
R. P.
, J. Electroanal. Chem. Inter. Electrochem. 84 , 1 (1977 ).
30.
Albrecht
M. G.
Creighton
J. A.
, J. Am. Chem. Soc. 99 , 5215 (1977 ).
31.
Krug
J. T.
Wang
G. D.
Emory
S. R.
Nie
S.
, J. Am. Chem. Soc. 121 , 9208 (1999 ).
32.
Habuchi
S.
Cotlet
M.
Gronheid
R.
Dirix
G.
Michiels
J.
Vanderleyden
J.
De Schryver
F. C.
Hofkens
J.
, J. Am. Chem. Soc. 125 , 8446 (2003 ).
33.
Michaels
A. M.
Nirmal
M.
Brus
L. E.
, J. Am. Chem. Soc. 121 , 9932 (1999 ).
34.
Brosnick
K. A.
Jiang
J.
Brus
L. E.
, J. Phys. Chem. B 106 , 8096 (2002 ).
35.
Futamata
M.
Maruyama
Y.
Ishikawa
M.
, J. Mol. Struct. 735–736 , 75 (2005 ).
36.
Haynes
C. L.
McFarland
A. D.
Van Duyne
R. P.
, Anal. Chem. 77 , 338A (2005 ).
37.
Kneipp
K.
Haka
A. S.
Kneipp
H.
Badizadegan
K.
Yoshizawa
N.
Boone
C.
Shafer-Peltier
K. E.
Motz
J. T.
Dasari
R. R.
Feld
M. S.
, Appl. Spectrosc. 56 , 150 (2002 ).
38.
Talley
C. E.
Jusinski
L.
Hollars
C. W.
Lane
S. M.
Huser
T.
, Anal. Chem. 76 , 7064 (2005 ).
39.
Schwartzberg
A. M.
Oshiro
T. Y.
Zhang
J. Z.
Huser
T.
Talley
C. E.
, Anal. Chem. 78 , 4732 (2006 ).
40.
Dou
X.
Takama
T.
Yamaguchi
Y.
Yamamoto
H.
Ozaki
Y.
, Anal. Chem. 69 , 1492 (1997 ).
41.
Ni
J.
Lipert
R. J.
Dawson
B. G.
Porter
M. D.
, Anal. Chem. 71 , 4903 (1999 ).
42.
Doering
W. E.
Nie
S.
, Anal. Chem. 75 , 6171 (2003 ).
43.
Docherty
F. T.
Clark
M.
McNay
G.
Graham
D.
Smith
W. E.
, Faraday Disc. 126 , 281 (2003 ).
44.
Cao
Y. W. C.
Jin
R.
Mirkin
C. A.
, Science (Washington, D.C.) 297 , 1536 (2002 ).
45.
Isola
N. R.
Stokes
D. L.
Vo-Dinh
T.
, Anal. Chem. 70 , 1352 (1998 ).
46.
Oldenburg
S. J.
Averitt
R. D.
Westcott
S. L.
Halas
N. J.
, Chem. Phys. Lett. 288 , 243 (1998 ).
47.
Bishnoi
S. W.
Rozell
C. J.
Levin
C. S.
Gheith
M. K.
Johnson
B. R.
Johnson
D. H.
Halas
N. J.
, Nano. Lett. 6 , 1687 (2006 ).
48.
Stöber
W.
Fink
A.
, J. Colloid Interface Sci. 26 , 62 (1968 ).
49.
Pham
T.
Jackson
J. B.
Halas
N. J.
Lee
T. R.
, Langmuir 18 , 4915 (2002 ).
50.
Yu
H.-Z.
Xia
N.
Liu
Z.-F.
, Anal. Chem. 71 , 1354 (1999 ).
51.
Hu
J.
Zhao
B.
Xu
W.
Li
B.
Fan
Y.
, Spectrochim. Acta, Part A 58 , 2827 (2002 ).
52.
Taniguchi
I.
Iseki
M.
Yamaguchi
H.
Yasukouchi
K.
, J. Electroanal. Chem. Interface Electrochem. 186 , 299 (1985 ).
53.
Dollish
F. R.
Fateley
W. G.
Bentley
F. F.
, Characteristic Raman Frequencies of Organic Compounds (Wiley-Interscience , New York , 1973 ).
54.
Taylor
J. R.
, An Introduction to Error Analysis (University Science Books , Sausalito, CA , 1997 ), 2nd ed. , pp. 174 –177 .