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Carbon-nanotube field-effect transistors for resolving single-molecule aptamer–ligand binding kinetics

Lee, Yoonhee und Buchheim, Jakob und Hellenkamp, Björn und Lynall, David und Yang, Kyungae und Young, Erik F. und Penkov, Boyan und Sia, Samuel und Stojanovic, Milan N. und Shepard, Kenneth L. (2024) Carbon-nanotube field-effect transistors for resolving single-molecule aptamer–ligand binding kinetics. Nature Nanotechnology, 19 (5), Seiten 660-667. Springer Nature. doi: 10.1038/s41565-023-01591-0. ISSN 1748-3387.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1038/s41565-023-01591-0

Kurzfassung

Small molecules such as neurotransmitters are critical for biochemical functions in living systems. While conventional ultraviolet–visible spectroscopy and mass spectrometry lack portability and are unsuitable for time-resolved measurements in situ, techniques such as amperometry and traditional field-effect detection require a large ensemble of molecules to reach detectable signal levels. Here we demonstrate the potential of carbon-nanotube-based single-molecule field-effect transistors (smFETs), which can detect the charge on a single molecule, as a new platform for recognizing and assaying small molecules. smFETs are formed by the covalent attachment of a probe molecule, in our case a DNA aptamer, to a carbon nanotube. Conformation changes on binding are manifest as discrete changes in the nanotube electrical conductance. By monitoring the kinetics of conformational changes in a binding aptamer, we show that smFETs can detect and quantify serotonin at the single-molecule level, providing unique insights into the dynamics of the aptamer–ligand system. In particular, we show the involvement of G-quadruplex formation and the disruption of the native hairpin structure in the conformational changes of the serotonin–aptamer complex. The smFET is a label-free approach to analysing molecular interactions at the single-molecule level with high temporal resolution, providing additional insights into complex biological processes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213718/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Carbon-nanotube field-effect transistors for resolving single-molecule aptamer–ligand binding kinetics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lee, YoonheeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buchheim, Jakobjakob.buchheim (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8256-0030182327153
Hellenkamp, BjörnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lynall, DavidNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, KyungaeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Young, Erik F.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Penkov, BoyanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sia, SamuelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stojanovic, Milan N.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shepard, Kenneth L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Januar 2024
Erschienen in:Nature Nanotechnology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:19
DOI:10.1038/s41565-023-01591-0
Seitenbereich:Seiten 660-667
Verlag:Springer Nature
ISSN:1748-3387
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Einzelmolekülsensoren, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Aptamerbindungen
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Integrationsplattform für die Miniaturisierung von quantenoptischen Systemen
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Integration von Mikro- und Nanosystemen
Hinterlegt von: Sopcic, Claudia
Hinterlegt am:15 Apr 2025 23:54
Letzte Änderung:15 Apr 2025 23:54

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