Optimization of conditions and SERS spectral monitoring of biological important molecules

Abstract

Quantifying the drug concentration in plasma samples from treated patients is crucial for precisely adjusting their treatment. Before introducing a new procedure for determining the level of a substance in blood plasma (in vivo), it is necessary to test the chosen method on model systems in vitro, usually on aqueous solutions of the substance in question. This work is focused on the detection and quantification of the HIV drugs, namely emtricitabine, lamivudine and tenofovir in aqueous solutions by the method of surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. The concentrations of each drug were chosen in the range corresponding to its clinically relevant concentrations in real biological samples. SERS active samples were prepared by mixing of the Ag nanoparticle (NP) hydrosol with aqueous solutions of the drug by using a newly developed preparation strategy. A reusable specially prepared aluminum plate with precision-turned wells was used as a supporting medium. The SERS data of evaporated dry samples was acquired in a raster pattern by employing the small- in-size, low-cost and fully automatized Raman scanning device, which is suitable for a future routine quantification of HIV drugs in real samples in biomedical laboratories. Advanced, automatized spectral data analysis and quantitative...

Kvantifikace koncentrace léčiva ve vzorcích plazmy léčených pacientů je důležitá pro přesné nastavení jejich léčby. Před zavedením nového postupu pro stanovení hladiny látky v krevní plazmě (in vivo) je nutné vybranou metodu otestovat na modelových systémech in vitro, obvykle na vodných roztocích dané látky. Tato práce je zaměřena na detekci a kvantifikaci HIV léčiv, konkrétně emtricitabinu, lamivudinu a tenofoviru v jejich vodných roztocích metodou spektroskopie povrchově zesíleného Ramanova rozptylu (SERS). Koncentrace jednotlivých léčiv byly zvoleny v rozmezí, která odpovídají jejich klinicky relevantním koncentracím v reálných biologických vzorcích. SERS aktivní vzorky byly připraveny smícháním hydrosolu Ag nanočástic (NČ) s vodnými roztoky léčiv pomocí nově vyvinuté metodiky. Jako nosné médium byla speciálně připravena opakovaně použitelná hliníková destička s přesně soustruženými jamkami. Série SERS spekter z odpařených suchých vzorků byly získány pomocí měření v rastrovacím módu za použití malého, levného a plně automatizovaného Ramanova skenovacího zařízení, vhodného pro budoucí rutinní kvantifikaci HIV léčiv v reálných vzorcích v biomedicínských laboratořích. Vzhledem k tomu, že každá naměřená série SERS spekter obsahovala celkem 72 240 spekter, bylo nezbytné pro její kvantitativní...