DNA-nanoparticle conjugates are important tools in nanobiotechnology. Knowing the orientation, function, and length of DNA on nanoparticle surfaces at low nanomolar concentrations under physiological conditions is therefore of great interest. Here, we investigate the conformation of a 31 nucleotides (nt) long DNA attached to a semiconductor quantum dot (QD) via Förster resonance energy transfer (FRET) from Tb-DNA probes hybridized to different positions on the QD-DNA. Precise Tb-to-QD distance determination from 7 to 14 nm along 26 nt of the peptide-appended QD-DNA was realized by time-resolved FRET spectroscopy. The FRET nanoruler measured linear single-stranded (ssDNA) and double-stranded (dsDNA) extensions of ∼0.15 and ∼0.31 nm per base, reflecting the different conformations. Comparison with biomolecular modeling confirmed the denser conformation of ssDNA and a possibly more flexible orientation on the QD surface, whereas the dsDNA was fully extended with radial orientation. The temporally distinct photoluminescence decays of the different DNA-FRET configurations were used for prototypical DNA hybridization assays that demonstrated the large potential for extended temporal multiplexing. The extensive experimental and theoretical analysis of 11 different distances/configurations of the same QD-DNA conjugate provided important information on DNA conformation on nanoparticle surfaces and will be an important benchmark for the development and optimization of DNA-nanobiosensors.

中文翻译：

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由Förster共振能量转移寿命纳米尺解析的量子点DNA的构象细节。

DNA-纳米颗粒共轭物是纳米生物技术中的重要工具。因此，对在生理条件下低纳摩尔浓度的纳米颗粒表面上DNA的方向，功能和长度的了解引起了极大的兴趣。在这里，我们研究了通过Förster共振能量转移（FRET）从Tb-DNA探针杂交到QD-DNA上不同位置的31个核苷酸（nt）长的DNA的构象，该DNA附着在半导体量子点（QD）上。通过时间分辨FRET光谱技术，可以精确测定沿26 nt的肽附加QD-DNA从7到14 nm的Tb到QD的距离。FRET纳米尺测量的每个碱基的线性单链（ssDNA）和双链（dsDNA）延伸范围分别约为0.15和0.31 nm，反映了不同的构象。与生物分子模型的比较证实了ssDNA的构象更稠密，在QD表面上的取向可能更灵活，而dsDNA则完全沿径向取向延伸。不同DNA-FRET构型在时间上不同的光致发光衰减用于原型DNA杂交测定，证明了扩展时空多路复用的巨大潜力。对相同QD-DNA共轭物的11种不同距离/构型进行的广泛实验和理论分析为纳米颗粒表面上的DNA构象提供了重要信息，并将成为开发和优化DNA纳米生物传感器的重要基准。不同DNA-FRET构型在时间上不同的光致发光衰减用于原型DNA杂交测定，证明了扩展时空多路复用的巨大潜力。对相同QD-DNA共轭物的11种不同距离/构型进行的广泛实验和理论分析为纳米颗粒表面上的DNA构象提供了重要信息，并将成为开发和优化DNA纳米生物传感器的重要基准。不同DNA-FRET构型在时间上不同的光致发光衰变被用于原型DNA杂交测定，证明了扩展时空多路复用的巨大潜力。对相同QD-DNA共轭物的11种不同距离/构型进行的广泛实验和理论分析为纳米颗粒表面上的DNA构象提供了重要信息，并将成为开发和优化DNA纳米生物传感器的重要基准。