Detection of Few Hydrogen Peroxide Molecules using Self-Reporting Fluorescent Nanodiamond Quantum Sensors

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作者
Yingke Wu,Priyadharshini Balasubramanian,Zhenyu Wang,Jaime A. S. Coelho,Mateja Prslja,Martin B. Plenio,Fedor Jelezko,Tanja Weil
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2022-3p3sd
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) plays an important role in various signal transduction pathways and regulates important cellular processes. However, monitoring and quantitatively assessing the distribution of H2O2 molecules inside living cells requires a nanoscale sensor with molecular-level sensitivity. Herein, we show the first demonstration of sub-10 nm-sized fluorescent nanodiamonds as a catalyst for the decomposition of H2O2 and the production of radical intermediates at the nanoscale. Furthermore, the NV quantum sensors inside the nanodiamonds are employed to quantify the aforementioned radicals. We believe that our method of combining the peroxidase-mimicking activities of the nanodiamonds with their intrinsic quantum sensor showcases their application as a self-reporting H2O2 sensor with molecular-level sensitivity and nanoscale spatial resolution. Given the robustness and the specificity of the sensor, our results promise a new platform for elucidating the role of H2O2 at the cellular level.
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