Silicon nanowires modified with Au/Ag nanoparticles for the label-free detection of prostate-specific antigen using surface-enhanced Raman spectroscopy

Kirill A. Gonchar; Nikolay Yu. Saushkin; Jeanne V. Samsonova; Liubov A. Osminkina,

doi:10.17308/kcmf.2026.28/13558

Авторы

Кирилл Александрович Гончар Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские Горы, 1, 2, 119991 Москва, Российская Федерация , Институт биологического приборостроения Российской академии наук, ул. Институтская, 7, 142290 Пущино, Российская Федерация
Николай Юрьевич Саушкин Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Химический факультет, Ленинские Горы, 1, 3, 119991 Москва, Российская Федерация
Жанна Васильевна Самсонова Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Химический факультет, Ленинские Горы, 1, 3, 119991 Москва, Российская Федерация
Любовь Андреевна Осминкина Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские Горы, 1, 2, 119991 Москва, Российская Федерация , Институт биологического приборостроения Российской академии наук, ул. Институтская, 7, 142290 Пущино, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13558

Ключевые слова:

кремниевые нанонити, онкомаркер ПСА, спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния

Аннотация

Цель статьи: Простат-специфический антиген (ПСА) - важный биомаркер, используемый для ранней диагностики рака предстательной железы. В работе представлены подложки на основе кремниевых нанонитей, покрытых биметаллическими наночастицами золота и серебра (AuAg@SiNWs), для высокочувствительной детекции ПСА методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР).

Экспериментальная часть: Технология изготовления AuAg@SiNWs основана на простых и доступных методах химического травления и осаждения металлов, что делает её удобной для масштабирования и применения в медицине. Толщина массива кремниевых нанонитей составляла около 800 нм, при этом биметаллический слой наночастиц формировался преимущественно в верхней части наноструктур и имел толщину 100–200 нм. Для обеспечения биоспецифичности сенсора поверхность AuAg@SiNWs была функционализирована антителами. Проведённый анализ ГКР-спектров продемонстрировал чёткую зависимость интенсивности характерных амидных пиков (в частности, в области 1294 и 1030 см–1) от концентрации ПСА, начиная с 1 нг/мл. Расчётная калибровочная зависи- мость в диапазоне 0.001–1 мкг/мл показала высокую степень линейности (R2 = 0.96), а устойчивое присутствие характерных пиков в спектрах при концентрации 1 нг/мл свидетельствует о высокой функциональной чувствительности платформы.

Выводы: Полученные результаты подтверждают, что подложки на основе AuAg@SiNWs обладают высоким потенциалом для безметочной и высокочувствительной детекции белковых онкомаркеров, таких как ПСА, и могут быть использованы в качестве основы для создания компактных биосенсоров в рамках лабораторной диагностики и point-of-care систем

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

Кирилл Александрович Гончар, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские Горы, 1, 2, 119991 Москва, Российская Федерация, Институт биологического приборостроения Российской академии наук, ул. Институтская, 7, 142290 Пущино, Российская Федерация

к. ф.-м. н., с. н. с., физический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация); институт Биологического приборостроения РАН (Пущино, Российская Федерация)
Николай Юрьевич Саушкин, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Химический факультет, Ленинские Горы, 1, 3, 119991 Москва, Российская Федерация

к. х. н., н. с., химический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)
Жанна Васильевна Самсонова, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Химический факультет, Ленинские Горы, 1, 3, 119991 Москва, Российская Федерация

к. х. н., с. н. с., химический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)
Любовь Андреевна Осминкина, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские Горы, 1, 2, 119991 Москва, Российская Федерация, Институт биологического приборостроения Российской академии наук, ул. Институтская, 7, 142290 Пущино, Российская Федерация

к. ф.-м. н., вед. н. с., физический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация); институт Биологического приборостроения РАН (Пущино, Российская Федерация)

Библиографические ссылки

1. Pinsky P. ., Prorok P. C., Yu K., … Andriole G. L. Extended mortality results for prostate cancer screening in the PLCO trial with median follow-up of 15 years. Cancer. 2017;123(4): 592–599. https://doi.org/10.1002/cncr.30474

2. Zangar R. C., Daly D. S., White A. M. ELISA microarray technology as a high-throughput system for lancer biomarker validation. Expert Review of Proteomics. 2006;3(1): 37–44. https://doi.org/10.1586/14789450.3.1.37

3. Li X., Li W., Yang Q., … Chang J. Rapid and quantitative detection of prostate specific antigen with a quantum dot nanobeads-based immunochromatography test strip. ACS Applied Materials & Interfaces. 2014;6(9): 6406−6414. https://doi.org/10.1021/am5012782

4. Zhao L., Sun L., Chu X. Chemiluminescence immunoassay. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2009;28(4): 404–415. https://doi.org/10.1016/j.trac.2008.12.006

5. Presnova G., Presnov D., Krupenin V., … Rubtsova M. Biosensor based on a silicon nanowire field-effect transistor functionalized by gold nanoparticles for the highly sensitive determination of prostate specific antigen. Biosensors and Bioelectronics. 2017;88: 283–289. https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.08.054

6. Correia N. A., Batista L. T. A., Nascimento R. J. M., … Pinheiro A. L. B. Detection of prostate cancer by Raman spectroscopy: a multivariate study on patients with normal and altered PSA values. Journal of Photochemistry & Photobiology B: Biology. 2020;204: 111801. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2020.111801

7. Cheng Z., Choi N., Wang R., … Choo J. Simultaneous detection of dual prostate specific antigens using surfaceenhanced Raman scattering-based immunoassay for accurate diagnosis of prostate cancer. ACS Nano. 2017;11(5): 4926−4933. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01536

8. Hao T., Wu X., Xu L., … Xu C. Ultrasensitive detection of prostate-specific antigen and thrombin based on goldupconversion nanoparticle assembled pyramids. Small. 2017; 13(19): 1603944. https://doi.org/10.1002/smll.201603944

9. Zhao J., Wang J., Liu Y., … Zhao B. Detection of prostate cancer biomarkers via a SERS-based aptasensor. Biosensors and Bioelectronics. 2022;216: 114660. https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114660

10. Gonchar K. A., Bozh’ev I. V., Shalygina O. A., Osminkina L. A. Optical properties of silicon nanowires obtained by metal-assisted chemical etching using gold nanoparticles. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 2023;117(1-2): 115–120. https://doi.org/10.31857/S1234567823020052

11. Shatskaia M. G., Nazarovskaia D. A., Gonchar K. A., … Osminkina L. A. Photoluminescent porous silicon nanowires as contrast agents for bioimaging. Condensed Matter and Interphases., 2024;6(1): 161–167. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11819

12. Nazarovskaia D. A., Domnin P. A., Gyuppenen O. D., … Osminkina L. A. Advanced bacterial detection with SERSactive gold- and silver-coated porous silicon nanowires. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2023;87(Suppl. 1): S41–S46. https://doi.org/10.1134/S1062873823704385

13. Nazarovskaia D. A., Domnin P. A., Gyuppenen O. D., … Osminkina L. A. Bimetallic AuAg-coated porous silicon nanowire platform for rapid SERS-based antibiotic susceptibility testing. Results in Surfaces and Interfaces. 2025; 19: 100524. https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2025.100524

14. Ouhibi A., Raouafi A., Lorrain N., Guendouz M., Raouafi N., Moadhen A. Functionalized SERS substrate based on silicon nanowires for rapid detection of prostate specific antigen. Sensors & Actuators: B. Chemical. 2021;330: 129352. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129352

15. Karyakin A. A., Presnova G. V., Rubtsova M. Y., Egorov A. M. Oriented immobilization of antibodies onto the gold surfaces via their native thiol groups. Analytical Chemistry. 2000;72(16): 3805–3811. https://doi.org/10.1021/ac9907890

16. Ten G. N., Gerasimenko A. Y., Shcherbakova N. E., Baranov V. I. Interpretation of IR and Raman Spectra of Albumin. Izvestiya of Saratov University. Physics. 2019;19(1): 43-57. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2019-19-1-43-57