Modulación ultragrande de la fluorescencia por neuromoduladores en nanotubos de carbono funcionalizados con anillos de oligonucleótidos autoensamblados

Las interacciones no covalentes entre oligonucleótidos de ADN de cadena simple (ssDNA) y nanotubos de carbono de pared simple (SWNTs) han proporcionado una clase única de químicas ajustables para una variedad de aplicaciones. Sin embargo, carecemos de una comprensión mecanicista tanto de los fenómenos fotofísicos como intermoleculares que subyacen a su utilidad, lo que resulta en enfoques heurísticos obligatorios para la producción de tecnologías basadas en ssDNA-SWNT. En este trabajo, presentamos un nanosensor ultrasensible de "activación" para los neuromoduladores dopamina y norepinefrina, con un cambio relativo fuerte en la intensidad de fluorescencia (Δ F/ F0) de hasta 3500%, una señal adecuada para la neuroimagen in vivo, y descubrimos los principios fotofísicos y las interacciones intermoleculares que rigen el reconocimiento molecular y la modulación de fluorescencia de este nanosensor sintetizado a partir del autoensamblaje espontáneo de anillos de (GT)6 ssDNA en SWNTs. Se demuestra que la modulación de fluorescencia del conjugado ssDNA-SWNT exhibe una sensibilidad notable a la química de la secuencia de ssDNA, longitud y densidad superficial, proporcionando un conjunto de parámetros con los que ajustar el rango dinámico del nanosensor, la selectividad del analito y la fuerza de activación de fluorescencia. Empleamos simulaciones de dinámica molecular clásicas y mecánicas cuánticas para racionalizar nuestros hallazgos experimentales. Los cálculos muestran que (GT)6 ssDNA forma anillos ordenados alrededor de (9,4) SWNTs, induciendo potenciales superficiales periódicos que modulan los tiempos de vida de recombinación de excitones. Se presenta más evidencia para elucidar cómo la unión del analito dopamina modula la fluorescencia de SWNT. Discutimos las implicaciones de nuestros hallazgos para aplicaciones de imagen molecular basadas en SWNT.