Pursuing excitonic energy transfer with programmable DNA-based optical breadboards

文献情報

出版日 2023-10-24
DOI 10.1039/D0CS00936A
インパクトファクター 54.564
著者

Divita Mathur, Sebastián A. Díaz, Ryan D. Pensack, Bernard Yurke, Austin Biaggne, Joseph S. Melinger, William B. Knowlton, Igor L. Medintz


原文を見る

要旨

DNA nanotechnology has now enabled the self-assembly of almost any prescribed 3-dimensional nanoscale structure in large numbers and with high fidelity. These structures are also amenable to site-specific modification with a variety of small molecules ranging from drugs to reporter dyes. Beyond obvious application in biotechnology, such DNA structures are being pursued as programmable nanoscale optical breadboards where multiple different/identical fluorophores can be positioned with sub-nanometer resolution in a manner designed to allow them to engage in multistep excitonic energy-transfer (ET) via Förster resonance energy transfer (FRET) or other related processes. Not only is the ability to create such complex optical structures unique, more importantly, the ability to rapidly redesign and prototype almost all structural and optical analogues in a massively parallel format allows for deep insight into the underlying photophysical processes. Dynamic DNA structures further provide the unparalleled capability to reconfigure a DNA scaffold on the fly in situ and thus switch between ET pathways within a given assembly, actively change its properties, and even repeatedly toggle between two states such as on/off. Here, we review progress in developing these composite materials for potential applications that include artificial light harvesting, smart sensors, nanoactuators, optical barcoding, bioprobes, cryptography, computing, charge conversion, and theranostics to even new forms of optical data storage. Along with an introduction into the DNA scaffolding itself, the diverse fluorophores utilized in these structures, their incorporation chemistry, and the photophysical processes they are designed to exploit, we highlight the evolution of DNA architectures implemented in the pursuit of increased transfer efficiency and the key lessons about ET learned from each iteration. We also focus on recent and growing efforts to exploit DNA as a scaffold for assembling molecular dye aggregates that host delocalized excitons as a test bed for creating excitonic circuits and accessing other quantum-like optical phenomena. We conclude with an outlook on what is still required to transition these materials from a research pursuit to application specific prototypes and beyond.

関連文献

Inside front cover

Cover

DOI: 10.1039/C6QO90030E

Palladium-catalyzed decarboxylative alkoxycarbonylation of potassium aryltrifluoroborates with potassium oxalate monoesters

Jinmin Miao, Ping Fang, Sahota Jagdeep, Haibo Ge

2015-12-11 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00349K

Synthesis of carbamates from amines and N-tosylhydrazones under atmospheric pressure of carbon dioxide without an external base

Ji Young Hong, Ue Ryung Seo, Young Keun Chung

2016-04-19 Research Article

DOI: 10.1039/C6QO00111D

Recent advances in transition metal-catalysed hydroacylation of alkenes and alkynes

Avipsa Ghosh, Kirsten F. Johnson, Kevin L. Vickerman, James A. Walker, Jr., Levi M. Stanley

2016-02-11 Highlight

DOI: 10.1039/C6QO00023A

Direct isoperfluoropropylation of arenediazonium salts with hexafluoropropylene

Yajun Li, Yongming Wu

2015-12-29 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00388A

Modulation of band gap and p- versus n-semiconductor character of ADA dyes by core and acceptor group variation

Agnieszka Nowak-Król, Reinhard Wagener, Felix Kraus, Amaresh Mishra, Peter Bäuerle, Frank Würthner

2016-02-19 Research Article

DOI: 10.1039/C6QO00046K

Asymmetric total synthesis of Lycopodium alkaloids α-obscurine, N-desmethyl-α-obscurine, β-obscurine and N-desmethyl-β-obscurine

Jian-Guo Fu, Guang-Qiang Xu, Rui Ding, Guo-Qiang Lin, Bing-Feng Sun

2015-11-18 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00355E

Efficient synthesis of P-chiral biaryl phosphonates by stereoselective intramolecular cyclization

Guangqing Xu, Minghong Li, Shouliang Wang, Wenjun Tang

2015-08-03 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00142K

Cu-catalyzed sequential C–N bond formations: expeditious synthesis of tetracyclic indoloindol-3-ones

Anand M. Kulkarni, Kolluru Srinivas, Mukund V. Deshpande, Chepuri V. Ramana

2015-11-03 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00248F

N-Heterocyclic carbene catalyzed dehydrogenative coupling of enals: synthesis of monobactams

Fangyi Li, Changgui Zhao, Jian Wang

2016-01-07 Research Article

DOI: 10.1039/C5QO00372E

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

1-{3-[5-(エチルカルボンイル)-2,4-ジメチル-1H-ピロロール-3-基]プロパニル}ピペリジン-4-カルボン酸について、適用される法規ガイドラインは何ですか?

この化合物はCAS番号1142209-81-1であり、GHS分類では corrosive (腐食性物質) と classified (分類物質) として指定され...

1142209-81-11-{3-[5-(Ethoxycarbo...
化合物よくある質問

2,2-二氟-1,3-ベンゾジオキサン-5-カルボキシlic酸とは何ですか?

2,2-二氟-1,3-ベンゾジオキサン-5-カルボキシlic酸は、CAS番号656-46-2の化合物で、化学式はC8H4F2O4です。この化合物は白色の結晶性粉...

656-46-22,2-Difluoro-1,3-ben...
化合物よくある質問

8-氯-4-色原酮の代替品はありますか?

8-氯-4-色原酮(CAS番号: 49701-11-3)の代替品には、他の色原酮類似物や、構造が似ている化合物があります。例えば、8-メチル-4-色原酮や、他の...

49701-11-38-Chloro-2,3-dihydro...
化合物よくある質問

エチル6,6-ジメチル-4,5,6,7-テトラヒドロ-1H-インドアゼー-3-カルボキシレートとは何ですか?

エチル6,6-ジメチル-4,5,6,7-テトラヒドロ-1H-インドアゼー-3-カルボキシレートは、CAS番号1233243-56-5を有する化合物です。これは有...

1233243-56-5Ethyl 6,6-dimethyl-4...
化合物よくある質問

4-叔丁基-6-氯-嘧啶に適用される法規ガイドラインは何ですか?

4-叔丁基-6-氯-嘧啶はCAS番号3435-24-3で、GHS分類では毒性物質とみなし、GHSの危険性分類が適用されます。REACH規則では登録が必要で、Eu...

3435-24-34-Tert-butyl-6-chlor...
化合物よくある質問

維库溴铵杂质Bはどのように合成されますか?

維库溴铵杂质Bは、アンドロステンデンから始まり、一連の合成反応、包括的な選択性と高い収率で合成されます。具体的には、ブロミド化、酸化、ジマーゼ反応、アミド化など...

50587-95-6(2beta,3alpha,5alpha...
化合物よくある質問

2-(4-氟苄基)-吡咯烷の物理化学的性質は何ですか?

CAS番号350017-04-8の2-(4-氟苄基)-吡咯烷は、結晶性の白色粉末です。分子量は199.17 g/molで、水に溶けにくいです。化学反応では比較的...

350017-04-82-(4-Fluorobenzyl)py...
化合物よくある質問

3-喹啉甲醛(2-チロール-8-エチル)は安全ですか?

3-喹啉甲醛(2-チロール-8-エチル)は一定の毒性を持つため、取扱には注意が必要です。使用する際は適切な防護具を着用し、密閉容器で保管・搬送し、直接的な接触を...

335196-05-92-Chloro-8-ethyl-3-q...
化合物よくある質問

エチル3-(ヒドロキシメチル)-1H-ピロール-2-カルボキシレートはどのように保存すればよいですか?

エチル3-(ヒドロキシメチル)-1H-ピロール-2-カルボキシレートは、室温(25℃)以下で保存し、直射日光を避け、乾燥した環境で保管することが推奨されます。ま...

75448-69-0Ethyl 3-(hydroxymeth...
化合物よくある質問

哌拉西林杂质Dは安全ですか?

哌拉西林杂质Dは安全性が確認されていません。使用または取り扱いには注意が必要で、適切な個人防護具を使用し、直接的な接触を避けることが推奨されます。

119410-05-88-Chloro-11-(4-piper...

掲載誌

Chemical Society Reviews

Chemical Society Reviews
CiteScore: 80.8
自己引用率: 1.2%
年間論文数: 250

Chem Soc Rev publishes review articles covering important topics at the forefront of the chemical sciences. Reviews should be of the very highest quality and international impact. We particularly encourage international and multidisciplinary collaborations among our authors. Our scope covers the breadth of the chemical sciences, including interdisciplinary topics where the article has a basis in chemistry. Topics include: Analytical chemistry Biomaterials chemistry Bioorganic/medicinal chemistry Catalysis Chemical Biology Coordination Chemistry Crystal Engineering Energy Sustainable chemistry Green chemistry Inorganic chemistry Inorganic materials Main group chemistry Nanoscience Organic chemistry Organic materials Organometallics Physical chemistry Supramolecular chemistry Synthetic methodology Theoretical and computational chemistry

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。