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Role of Oxygen Defects in Eliciting a Divergent Fluorescence Response of Single-Walled Carbon Nanotubes to Dopamine and Serotonin

多巴胺 血清素 碳纳米管 荧光 氧气 材料科学 生物物理学 碳纤维 纳米技术 化学 神经科学 生物化学 生物 复合材料 有机化学 复合数 受体 物理 量子力学
作者
Srestha Basu,Adi Hendler‐Neumark,Gili Bisker
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c10360
摘要

Modulating the optical response of fluorescent nanoparticles through rational modification of their surface chemistry can yield distinct optical signatures upon the interaction with structurally related molecules. Herein, we present a method for tuning the fluorescence response of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) toward dopamine (DA) and serotonin, two structurally related monoamine-hydroxylated aromatic neurotransmitters, by introducing oxygen defects into (6,5) chirality-enriched SWCNTs suspended by sodium cholate (SC). This modification facilitated opposite optical responses toward these neurotransmitters, where DA distinctly increased the fluorescence of the defect-induced emission of SWCNTs (D-SWCNTs) 6-fold, while serotonin notably decreased it. In contrast, pristine, defect-free SWCNTs exhibited similar optical responses to both neurotransmitters. The underlying mechanisms for the divergent fluorescence response were found to be polydopamine (PDA) surface adsorption in the case of the fluorescence enhancement in response to DA, while the fluorescence decrease in response to serotonin was attributed to enhanced solvent relaxation effects in the presence of defects. Importantly, the divergent optical response of D-SWCNTs to DA and serotonin, via the introduction of defects, was validated in complex biological environments such as serum. Further, the generality of our approach was confirmed by the demonstrations of a divergent fluorescence response of D-SWCNTs suspended by an additional dispersant, namely lipid-polyethylene glycol (PEG). This study offers promising avenues for the broad applicability of surface functionalization of SWCNTs to achieve divergent responses toward structurally related molecules and advance applications in sensing, imaging, and diagnostic technologies.
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