Chromatic covalent organic frameworks enabling in-vivo chemical tomography

色阶 体内 共价键 断层摄影术 临床前影像学 化学 纳米技术 材料科学 生物 医学 物理 有机化学 放射科 光学 遗传学
作者
Song Wang,Yangyang Han,Vaishnavi Amarr Reddy,Mervin Chun-Yi Ang,Gabriel Sánchez-Velázquez,Jolly M. Saju,Yunteng Cao,Duc Thinh Khong,J. Kumar,Cheerlavancha Raju,Suh In Loh,Gajendra Singh,Daisuke Urano,Rajani Sarojam,Benedetto Marelli,Michael S. Strano
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53532-7
摘要

Abstract Covalent organic frameworks designed as chromatic sensors offer opportunities to probe biological interfaces, particularly when combined with biocompatible matrices. Particularly compelling is the prospect of chemical tomography – or the 3D spatial mapping of chemical detail within the complex environment of living systems. Herein, we demonstrate a chromic Covalent Organic Framework (COF) integrated within silk fibroin (SF) microneedles that probe plant vasculature, sense the alkalization of vascular fluid as a biomarker for drought stress, and provide a 3D in-vivo mapping of chemical gradients using smartphone technology. A series of Schiff base COFs with tunable pKa ranging from 5.6 to 7.6 enable conical, optically transparent SF microneedles with COF coatings of 120 to 950 nm to probe vascular fluid and the surrounding tissues of tobacco and tomato plants. The conical design allows for 3D mapping of the chemical environment (such as pH) at standoff distances from the plant, enabling in-vivo chemical tomography. Chromatic COF sensors of this type will enable multidimensional chemical mapping of previously inaccessible and complex environments.
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