Signalverstärkung und Nah‐Infrarot Übersetzung von Enzymatischen Reaktionen mit Nanosensoren**

Abstract

AbstractEnzymatische Reaktionen kommen in zahlreichen biochemischen Verfahren zum Nachweis von Analyten zum Einsatz. Um das Vorhandensein eines Analyten zu messen, werden die Enzyme an eine Erkennungseinheit konjugiert und wandeln ein Substrat in ein (farbiges) Produkt um, das im sichtbaren Bereich (VIS) des Spektrums nachgewiesen werden kann. Der niedrigste nachweisbare enzymatische Umsatz stellt somit eine Grenze für die Empfindlichkeit dar. Hier zeigen wir, dass Substrate und Produkte der Meerrettichperoxidase (HRP) und der β‐Galaktosidase die Fluoreszenz im nahen Infrarot (NIR) von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) verändern, wenn diese mit (Bio−)Polymeren modifiziert sind. Durch die Fluoreszenz im NIR übersetzen die SWCNTs ein VIS‐Signal in ein NIR‐Signal. Zudem führt die Affinität der Nanosensoren zu einer höheren effektiven lokalen Konzentration der Reaktanten. Dies bewirkt eine nichtlineare sensorbasierte Signalverstärkung und ‐übersetzung (SENSAT). Für das HRP‐Substrat p‐Phenylendiamin (PPD) ergibt sich eine bis zu ≈120‐fache Signalverstärkung, die es erlaubt, Reaktionen unterhalb der VIS Nachweisgrenze im NIR (≈1000 nm) zu verfolgen. Der Ansatz ist auch auf andere Substrate wie 3,3‐5,5′‐Tetramethylbenzidin (TMB) anwendbar. Ein Adsorptionsmodell erklärt die beobachteten Signaländerung und bestätigt den Verstärkungsmechanismus. Mit Hilfe dieses Ansatzes lassen sich Signale von chromogenen enzymatischen Reaktionsprodukten verstärken, in den NIR‐Bereich übertragen und die Empfindlichkeit biochemischer Assays erhöhen.