DNA-hybrid materials : from supramolecular assembly to applications in catalysis and biosensing

Het proefschrift van Deepak Prusty heeft nieuwe toepassingen van DNA als onderwerp. DNA heeft het vermogen om heel specifiek andere moleculen te herkennen en is daarom een uitstekende bouwsteen voor het maken van zelf-assemblerende nano structuren. Met behulp van bijvoorbeeld fluoroforen (lichtgevende eiwitten) of polymeren kan aan die moleculen gemakkelijk een bepaalde functionaliteit worden gekoppeld. Het eindproduct kan een chemische katalysator zijn, maar ook een zeer specifieke verbinding die men toe kan passen in elektronica of medische diagnostiek. Prusty werkte mee aan de ontwikkeling van een nieuw hybride DNA-kleurstof systeem, dat gebaseerd is op schakelbare fluoroforen. Deze hybride materialen zijn zeer geschikt als bio-sensor. Daar kan men systemen mee fabriceren voor het snel en gemakkelijk aantonen van signaalstoffen in analyse-monsters. Op DNA gebaseerde biosensoren worden gekenmerkt door een lage detectiegrens, hoge selectiviteit en het gemakkelijk uitlezen van het signaal. Ook een nieuwe poging tot het vergroten van het fluorescentie-signaal door katalyse wordt geïllustreerd. Het proefschrift laat zien dat praktisch bruikbare biosensing-systemen gebaseerd op hybride DNA-materialen een stapje dichterbij zijn gekomen. Honed by billions of years of evolution and exquisitely programmable, DNA exhibits remarkably specific and versatile molecular recognition and is thus an excellent building block for the creation of self-assembled nanostructures. Fascile functionalization of DNA with diverse class of materials, encompassing synthetic small molecules, fluorophores and polymers open the door to new applications in nanomedicine, diagnostics, catalysis and electronics. This dissertation presents new applications of DNA hybrid materials with a focus on design and continuing the development as molecular-scale building blocks for the fabrication of complex structures exhibiting new functions and activities. A major step in this direction was addressed with the development of new DNA-dye hybrid systems based on switchable, highly emissive molecular fluorophores. Such hybrids have shown to meet the major criteria for the development of biosensing devices, namely low detection limits, high selectivity and easy readout. A new attempt to amplify fluorescent output by means of detection-activated chemical catalysis is also illustrated. It is shown that the research on biosensing and catalytic setups based on DNA hybrid materials has made a step forward towards future applications.