Self-Sensing Enzyme-Powered Micromotors Equipped with pH-Responsive DNA Nanoswitches

费斯特共振能量转移 纳米技术 介孔二氧化硅 合理设计 化学 生物传感器 DNA 生物物理学 微流控 材料科学 荧光 介孔材料 生物化学 催化作用 量子力学 生物 物理
作者
Tania Patiño,Alessandro Porchetta,Anita Jannasch,Anna Lladò,Tom Stumpp,Erik Schäffer,Francesco Ricci,Samuel Sánchez
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (6): 3440-3447 被引量:153
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04794
摘要

Biocatalytic micro- and nanomotors have emerged as a new class of active matter self-propelled through enzymatic reactions. The incorporation of functional nanotools could enable the rational design of multifunctional micromotors for simultaneous real-time monitoring of their environment and activity. Herein, we report the combination of DNA nanotechnology and urease-powered micromotors as multifunctional tools able to swim, simultaneously sense the pH of their surrounding environment, and monitor their intrinsic activity. With this purpose, a FRET-labeled triplex DNA nanoswitch for pH sensing was immobilized onto the surface of mesoporous silica-based micromotors. During self-propulsion, urea decomposition and the subsequent release of ammonia led to a fast pH increase, which was detected by real-time monitoring of the FRET efficiency through confocal laser scanning microscopy at different time points (i.e., 30 s, 2 and 10 min). Furthermore, the analysis of speed, enzymatic activity, and propulsive force displayed a similar exponential decay, matching the trend observed for the FRET efficiency. These results illustrate the potential of using specific DNA nanoswitches not only for sensing the micromotors' surrounding microenvironment but also as an indicator of the micromotor activity status, which may aid to the understanding of their performance in different media and in different applications.
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