Donor- und Akzeptormoleküle werden durch DNA-Origami-Nanostrukturen zu Nanoarrays angeordnet. Normierte Emissionsspektren zeigen eine Abnahme der Emissionsintensität des Donors und eine Zunahme der Emissionsintensität des Akzeptors bei zunehmender Größe der Arrays. Die Fluoreszenzlebensdauer des Donors verringert sich mit größer werdendem Nanoarray.
Quelle: BAM, Fachbereich Biophotonik und Universität Potsdam, Institut für Chemie - Physikalische Chemie
Die Verwendung multipler Chromophore stellt eine verbreitete Methode dar, die Signalstärke von fluoreszenzbasierten Biosensoren zu verbessern. Jedoch hängt die Effizienz solcher Systeme stark von Farbstoff-Farbstoff-Wechselwirkungen ab, die zur Fluoreszenzlöschung führen können. An der BAM hat ein Forschungsteam um Prof. Dr. Ilko Bald und Dr. Ute Resch-Genger DNA-Origami-Nanostrukturen verwendet, um Donor- und Akzeptor-Farbstoffe in wohl-definierten so Arrays anzuordnen, um Fluoreszenzlöschung zu minimieren und die optischen Eigenschaften in Bezug auf Förster-Resonanz-Energietransfer (FRET) zu optimieren.
Mit diesen Nanoarrays wurde eine Verstärkung sowohl der Emissionsintensität als auch der FRET-Effizienz erhalten, wenn die Größe der Arrays von (2x1) auf (3x4) erhöht wurde. Basierend auf optimierten optischen Eigenschaften und der Vielseitigkeit der Nanoarrays wurde ein ratiometrischer pH-Sensor als „Proof-of-concept“ hergestellt, indem ein pH-inerter Donor- und ein pH-responsiver Akzeptor-Farbstoff verwendet wurden. Damit wurde ein selbstreferenziertes ratiometrisches Sensorsystem erzeugt. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Anordnung der Farbstoffe in einem wohl-definierten Array die Leistungsfähigkeit des Sensors stark erhöht wird. Das Prinzip der DNA-Origami-basierten Nanoarrays kann sehr einfach auch auf die Detektion anderer Analyte ausgedehnt werden, so dass sich eine Fülle von weiteren Anwendungsmöglichkeiten ergibt, die zukünftig untersucht werden.
DNA origami-based Förster resonance energy-transfer nanoarrays and their application as ratiometric sensors
Youungeun Choi, Lisa Kotthoff, L. Olejko, Ute Resch-Genger, Ilko Bald
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10 (27), pp 23295–23302
BAM Abteilung Analytische Chemie; Referenzmaterialien, Fachbereich Biophotonik