Optical dark-field spectroscopy of single plasmonic nanoparticles for molecular biosciences
Source abstract
Abstract
An ideal sensor capable of quantifying analytes in minuscule sample volumes represents a significant technological advancement. Plasmonic nanoparticles integrated with optical dark-field spectroscopy have reached this capability, demonstrating versatility and expanding applicability across in vitro and in vivo subjects. This review underscores the applicability of optical dark-field spectroscopy with single plasmonic nanoparticles to elucidate a wide range of biomolecular characteristics, including binding constants, molecular dynamics, distances, and forces, as well as recording cell communication signals. Perspectives highlight the potential for the development of implantable nanosensors for metabolite detection in animal models, illustrating the technique's efficacy without the need for labeling molecules. In summary, this review aims to consolidate knowledge of this adaptable and robust technique for decoding molecular biological phenomena within the nano- and bio-scientific community.
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Research context
OpenAlex topics: Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications · Protein Interaction Studies and Fluorescence Analysis · Plasmonic and Surface Plasmon Research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Departamento de Química Física, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, Avda Complutense s/n, 28040 Madrid, Spain
Funding
Ministerio de Ciencia e Innovación · Universidad Complutense de Madrid
References (100+)
Show source-provided references
1. Abbott · Nature · 2002 · 417 · 89410.1038/417894a ↗
2. Rivas · Trends Biochem. Sci. · 2016 · 41 · 97010.1016/j.tibs.2016.08.013 ↗
3. Soler · Anal. Bioanal. Chem. · 2022 · 414 · 507110.1007/s00216-021-03751-4 ↗
4. Anker · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 44210.1038/nmat2162 ↗
5. Mayer · Chem. Rev. · 2011 · 111 · 382810.1021/cr100313v ↗
6. Al-Zubeidi · Nanophotonics · 2021 · 10 · 162110.1515/nanoph-2020-0639 ↗
7. Zhou · Nature · 2020 · 579 · 4110.1038/s41586-020-2048-8 ↗
8. Cormier · Adv. Opt. Mater. · 2018 · 6 · 170128110.1002/adom.201701281 ↗
9. Wang · Nanoscale · 2019 · 11 · 1058910.1039/C9NR03725J ↗
10. Wang · Nanoscale · 2022 · 14 · 470510.1039/D1NR08247G ↗
11. Chen · Nanoscale · 2023 · 15 · 47610.1039/D2NR05527A ↗
12. Abalde-Cela · Adv. Colloid Interface Sci. · 2016 · 233 · 25510.1016/j.cis.2015.05.002 ↗
13. Fratila · Langmuir · 2014 · 30 · 1505710.1021/la5015658 ↗
14. Novo · Nat. Nanotechnol. · 2008 · 3 · 59810.1038/nnano.2008.246 ↗
15. Gao · Anal. Chem. · 2021 · 93 · 470710.1021/acs.analchem.0c04390 ↗
16. Celiksoy · Nano Lett. · 2021 · 21 · 205310.1021/acs.nanolett.0c04702 ↗
17. Celiksoy · ACS Sens. · 2021 · 6 · 71610.1021/acssensors.0c02629 ↗
18. Beuwer · Nano Lett. · 2015 · 15 · 350710.1021/acs.nanolett.5b00872 ↗
19. Ye · Nano Lett. · 2018 · 18 · 663310.1021/acs.nanolett.8b03342 ↗
20. Ahijado-Guzmán · Nano Lett. · 2014 · 14 · 552810.1021/nl501865p ↗
21. Aćimović · ACS Nano · 2018 · 12 · 995810.1021/acsnano.8b04016 ↗
22. Ye · J. Am. Chem. Soc. · 2018 · 140 · 1790110.1021/jacs.8b07759 ↗
23. Lambertz · Nano Lett. · 2016 · 16 · 354010.1021/acs.nanolett.6b00507 ↗
24. Rosman · Nano Lett. · 2013 · 13 · 324310.1021/nl401354f ↗
25. Ament · Nano Lett. · 2012 · 12 · 109210.1021/nl204496g ↗
26. Chen · Langmuir · 2008 · 24 · 523310.1021/la800305j ↗
27. Sönnichsen · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 88 · 07740210.1103/PhysRevLett.88.077402 ↗
28. Becker · Plasmonics · 2010 · 5 · 16110.1007/s11468-010-9130-2 ↗
29. Staniszewska · J. Phys. Chem. C · 2021 · 125 · 1476510.1021/acs.jpcc.1c02510 ↗
30. Henry · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 929110.1021/jp2010309 ↗
31. Antosiewicz · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 2069210.1021/acs.jpcc.6b01897 ↗
32. Lee · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 799710.1021/jp202574r ↗
33. L. M.Liz-Marzán , in Colloidal synthesis of plasmonic nanometals , Jenny Stanford Publishing , 2020 , pp. 1–1310.1201/9780429295188 ↗
34. Cheng · Chem. Eng. J. · 2023 · 468 · 14362710.1016/j.cej.2023.143627 ↗
35. Wang · Anal. Chem. · 2019 · 91 · 632910.1021/acs.analchem.9b01300 ↗
36. Mout · Chem. Soc. Rev. · 2012 · 41 · 253910.1039/c2cs15294k ↗
37. Zhang · Chem. Sci. · 2020 · 11 · 92310.1039/C9SC06497D ↗
38. Sonnichsen · Nat. Biotechnol. · 2005 · 23 · 74110.1038/nbt1100 ↗
39. Prasad · J. Phys. Chem. C · 2015 · 119 · 557710.1021/jp510985n ↗
40. Visser · Nano Lett. · 2018 · 18 · 792710.1021/acs.nanolett.8b03860 ↗
41. van Dongen · ACS Sens. · 2021 · 6 · 429710.1021/acssensors.1c02097 ↗
42. Ahijado-Guzman · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 21810.1021/acsami.6b14013 ↗
43. Yao · Anal. Chem. · 2016 · 88 · 193010.1021/acs.analchem.5b04385 ↗
44. Tian · Biotechnol. J. · 2020 · 15 · 180074110.1002/biot.201800741 ↗
45. Reinhard · Nano Lett. · 2005 · 5 · 224610.1021/nl051592s ↗
46. Meng · Nanoscale · 2021 · 13 · 1268710.1039/D1NR01970H ↗
47. Brinkers · J. Chem. Phys. · 2009 · 130 · 21510510.1063/1.3142699 ↗
48. Chen · Nano Lett. · 2015 · 15 · 534910.1021/acs.nanolett.5b01725 ↗
49. Reinhard · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2007 · 104 · 266710.1073/pnas.0607826104 ↗
50. Boby · Talanta · 2018 · 188 · 32510.1016/j.talanta.2018.05.074 ↗
51. Li · Analyst · 2018 · 143 · 405110.1039/C8AN00825F ↗
52. Song · Biosens. Bioelectron. · 2021 · 190 · 11337610.1016/j.bios.2021.113376 ↗
53. Li · Anal. Chem. · 2017 · 89 · 1285010.1021/acs.analchem.7b03391 ↗
54. Soares · Analyst · 2014 · 139 · 496410.1039/C4AN00810C ↗
55. Li · Anal. Chim. Acta · 2018 · 1028 · 6610.1016/j.aca.2018.04.043 ↗
56. Liu · Anal. Bioanal. Chem. · 2019 · 411 · 584510.1007/s00216-019-01966-0 ↗
57. Yang · Sens. Actuators B: Chem · 2021 · 338 · 12987010.1016/j.snb.2021.129870 ↗
58. Zhu · Sci. Adv. · 2023 · 9 · eadf550910.1126/sciadv.adf5509 ↗
59. Jeon · Sci. Rep. · 2019 · 9 · 1363510.1038/s41598-019-50032-3 ↗
60. Xie · Appl. Phys. Lett. · 2022 · 121 · 24370310.1063/5.0127261 ↗
61. Raschke · Nano Lett. · 2003 · 3 · 93510.1021/nl034223+ ↗
62. Garg · J. Biol. Chem. · 2019 · 294 · 1660410.1074/jbc.RA119.009845 ↗
63. Oliveira-Silva · ACS Appl Opt Mater · 2023 · 1 · 166110.1021/acsaom.3c00226 ↗
64. Martinez-Negro · Adv. Colloid Interface Sci. · 2021 · 289 · 10236610.1016/j.cis.2021.102366 ↗
65. Dolci · ACS Nano · 2023 · 17 · 2016710.1021/acsnano.3c05872 ↗
66. K. L.Cox , V.Devanarayan , A.Kriauciunas , J.Manetta , C.Montrose and S.Sittampalam , in Assay Guidance Manual , 2019
67. S.Hosseini , P.Vázquez-Villegas , M.Rito-Palomares , S. O.Martinez-Chapa , S.Hosseini , P.Vázquez-Villegas , M.Rito-Palomares and S. O.Martinez-Chapa , in Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) from A to Z , 2018 , pp. 67–115
68. Poon · Anal. Chem. · 2016 · 88 · 884910.1021/acs.analchem.6b02429 ↗
69. Qian · Biosensors · 2022 · 12 · 114610.3390/bios12121146 ↗
70. Chen · ACS Sens. · 2020 · 5 · 114010.1021/acssensors.0c00150 ↗
71. Liu · Anal. Chem. · 2022 · 94 · 583010.1021/acs.analchem.1c05269 ↗
72. Chen · ACS Nano · 2015 · 9 · 417310.1021/acsnano.5b00396 ↗
73. Gao · ACS Nano · 2021 · 15 · 1802310.1021/acsnano.1c06623 ↗
74. Li · Rev. Anal. Chem. · 2018 · 37 · 2017001210.1515/revac-2017-0012 ↗
75. Zhang · Adv. Opt. Mater. · 2024 · 12 · 230226610.1002/adom.202302266 ↗
76. Baciu · Nano Lett. · 2008 · 8 · 172410.1021/nl080805l ↗
77. Celiksoy · J. Phys. Chem. Lett. · 2020 · 11 · 455410.1021/acs.jpclett.0c01400 ↗
78. Heidrich · J. Biol. Chem. · 2016 · 291 · 1495410.1074/jbc.M116.722686 ↗
79. Lu · Nat. Photonics · 2023 · 17 · 90410.1038/s41566-023-01265-2 ↗
80. Lee · Nano Lett. · 2015 · 15 · 456410.1021/acs.nanolett.5b01161 ↗
81. Liu · Anal. Chem. · 2020 · 92 · 1311810.1021/acs.analchem.0c02164 ↗
82. Wang · ACS Sens. · 2021 · 6 · 95810.1021/acssensors.0c02136 ↗
83. Li · Talanta · 2024 · 273 · 12593610.1016/j.talanta.2024.125936 ↗
84. Zhang · Anal. Chem. · 2021 · 93 · 952110.1021/acs.analchem.1c01539 ↗
85. Yan · Anal. Chem. · 2023 · 95 · 396810.1021/acs.analchem.2c03479 ↗
86. Wang · ACS Nano · 2015 · 9 · 1192410.1021/acsnano.5b04451 ↗
87. Qian · Angew. Chem., Int. Ed. · 2016 · 55 · 71910.1002/anie.201510142 ↗
88. Chen · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 190310.1021/ja5112628 ↗
89. Xiong · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 170810.1038/ncomms2722 ↗
90. Buder · ACS Appl. Bio Mater. · 2022 · 5 · 46510.1021/acsabm.1c01290 ↗
91. Kaefer · Nano Lett. · 2021 · 21 · 332510.1021/acs.nanolett.1c00887 ↗
92. Li · ACS Nano · 2023 · 17 · 1852510.1021/acsnano.3c06520 ↗
93. Li · ACS Nano · 2021 · 15 · 196010.1021/acsnano.0c06688 ↗
94. Cho · Nat. Rev. Bioeng. · 2023 · 1 · 8810.1038/s44222-022-00014-4 ↗
95. Wang · ACS Photonics · 2015 · 2 · 160210.1021/acsphotonics.5b00395 ↗
96. Auguié · J. Phys. Chem. Lett. · 2011 · 2 · 84610.1021/jz200279x ↗
97. Zhang · Nano Lett. · 2023 · 23 · 518010.1021/acs.nanolett.3c01159 ↗
98. Tan · ACS Sens. · 2024 · 9 · 329010.1021/acssensors.4c00644 ↗
99. Zhang · Nat. Commun. · 2024 · 15 · 210.1038/s41467-023-42719-z ↗
100. Zhang · Opto-Electronic Science · 2023 · 2 · 23001910.29026/oes.2023.230019 ↗