Localized Plasmonic Heating for Single-Molecule DNA Rupture Measurements in Optical Tweezers

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作者
Prerna Kabtiyal,Ariel Robbins,Elizabeth Jergens,Carlos E. Castro,Jessica O. Winter,Michael G. Poirier,Ezekiel Johnston‐Halperin
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (10): 3097-3103 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04848
摘要

To date, studies on the thermodynamic and kinetic processes that underlie biological function and nanomachine actuation in biological- and biology-inspired molecular constructs have primarily focused on photothermal heating of ensemble systems, highlighting the need for probes that are localized within the molecular construct and capable of resolving single-molecule response. Here we present an experimental demonstration of wavelength-selective, localized heating at the single-molecule level using the surface plasmon resonance of a 15 nm gold nanoparticle (AuNP). Our approach is compatible with force-spectroscopy measurements and can be applied to studies of the single-molecule thermodynamic properties of DNA origami nanomachines as well as biomolecular complexes. We further demonstrate wavelength selectivity and establish the temperature dependence of the reaction coordinate for base-pair disruption in the shear-rupture geometry, demonstrating the utility and flexibility of this approach for both fundamental studies of local (nanometer-scale) temperature gradients and rapid and multiplexed nanomachine actuation.
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