Near-Infrared Fluorescent Biosensors Based on Covalent DNA Anchors

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作者
Justus T. Metternich,Jens Wartmann,Linda Sistemich,Robert Nißler,Svenja Herbertz,Sebastian Kruss
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (27): 14776-14783 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.3c03336
摘要

Semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are versatile near-infrared (NIR) fluorophores. They are noncovalently modified to create sensors that change their fluorescence when interacting with biomolecules. However, noncovalent chemistry has several limitations and prevents a consistent way to molecular recognition and reliable signal transduction. Here, we introduce a widely applicable covalent approach to create molecular sensors without impairing the fluorescence in the NIR (>1000 nm). For this purpose, we attach single-stranded DNA (ssDNA) via guanine quantum defects as anchors to the SWCNT surface. A connected sequence without guanines acts as flexible capture probe allowing hybridization with complementary nucleic acids. Hybridization modulates the SWCNT fluorescence and the magnitude increases with the length of the capture sequence (20 > 10 ≫ 6 bases). The incorporation of additional recognition units via this sequence enables a generic route to NIR fluorescent biosensors with improved stability. To demonstrate the potential, we design sensors for bacterial siderophores and the SARS CoV-2 spike protein. In summary, we introduce covalent guanine quantum defect chemistry as rational design concept for biosensors.
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