Popcorn‐Shaped Magnetic Core–Plasmonic Shell Multifunctional Nanoparticles for the Targeted Magnetic Separation and Enrichment, Label‐Free SERS Imaging, and Photothermal Destruction of Multidrug‐Resistant Bacteria

Abstract

Over the last few years, one of the most important and complex problems facing our society is treating infectious diseases caused by multidrug-resistant bacteria (MDRB), by using current market-existing antibiotics. Driven by this need, we report for the first time the development of the multifunctional popcorn-shaped iron magnetic core-gold plasmonic shell nanotechnology-driven approach for targeted magnetic separation and enrichment, label-free surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) detection, and the selective photothermal destruction of MDR Salmonella DT104. Due to the presence of the "lightning-rod effect", the core-shell popcorn-shaped gold-nanoparticle tips provided a huge field of SERS enhancement. The experimental data show that the M3038 antibody-conjugated nanoparticles can be used for targeted separation and SERS imaging of MDR Salmonella DT104. A targeted photothermal-lysis experiment, by using 670 nm light at 1.5 W cm(-2) for 10 min, results in selective and irreparable cellular-damage to MDR Salmonella. We discuss the possible mechanism and operating principle for the targeted separation, label-free SERS imaging, and photothermal destruction of MDRB by using the popcorn-shaped magnetic/plasmonic nanotechnology.

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS): Potential applications for disease detection and treatment

“…Fan et al described the generation of popcorn shaped magnetic nanoparticles which consisted of an iron core and a gold shell. [116] The nanostructures were further labelled with an antibody with affinity for Salmonella DT104. [116] In the study the nanoparticles were found to bind to the Salmonella cells with high affinity and, because of their magnetic properties, cells could be extracted from the bulk solution.…”

Исследования свойств наночастиц Ag/FeСo/Ag типа ядро/ оболочка/оболочка

“…С и н т е з Г Н Ч Ag/FeСo/Ag. ГНЧ Ag/FeСo/Ag типа Я/О/О были синтезированы по способу, описан-ному в [5,7,8]. Были подготовлены два типа растворов.…”

“…Значительное внимание исследователей в последние годы привлекают магнитные плазмонно-резонансные (ПР) гибридные наноразмерные частицы (ГНЧ), потому что весьма перспективны для широкого круга примене-ний, в том числе в биомедицине для адресной доставки лекарств, терапии рака, усиления контрастности томо-графических снимков [1][2][3][4], магнитной сепарации, обра-ботки изображений [5]. Адресная доставка с помощью ПР ГНЧ основана на том, что их можно подвергать биоконъюгации, т. е. прикреплять к ним биомолекулы (ДНК/РНК, белки, олигосахариды и др.)…”

“…Одним из наиболее перспективных ПР ГНЧ являются наночастицы Ag/FeСo/Ag типа ядро/оболочка/оболочка (Я/О/О) [5][6][7][8][9]. Наносеребро в наибольшей степени соот-ветствует требованиям, предъявляемым к материалам в этой области, так как имеют самые низкие плазмонные потери из всех материалов в УФ и видимой области спектра.…”

“…Наносеребро в наибольшей степени соот-ветствует требованиям, предъявляемым к материалам в этой области, так как имеют самые низкие плазмонные потери из всех материалов в УФ и видимой области спектра. Для синтеза таких ГНЧ в [5][6][7][8][9] были ком-бинированы FeСo и Ag в одной гетеро-наноструктуре, обладающей магнитными и плазмонными свойствами. Основной концепцией строения ГНЧ Ag/FeСo/Ag типа Я/О/О является то, что ядро из Ag обеспечивает ло-кализованный поверхностный плазмонный резонанс, а также подавляет окисление ферромагнитной оболочки FeСo из-за переноса электронов от ядра Ag к оболочке FeСo [5][6][7][8].…”