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A Dual-Mode "Turn-On" Ratiometric Luminescent Sensor Based on Upconverting Nanoparticles for Detection and Differentiation of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria

Texto completo
Autor(es):
Arai, Marylyn S. ; Brambilla, Gabriel V. ; Correa, Bruna Carolina ; Merizio, Leonnam G. ; Inada, Natalia M. ; de Camargo, Andrea S. S.
Número total de Autores: 6
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: ACS OMEGA; v. 10, n. 39, p. 11-pg., 2025-09-23.
Resumo

Infectious bacterial diseases, intensified by antibiotic resistance, cause millions of deaths annually and pose risks beyond human health, including water and food contamination. Current diagnostics are often slow, require complex equipment, and lack specificity, highlighting the need for rapid and reliable detection methods. To address this, we developed a luminescent sensor based on NaYF4 upconverting nanoparticles (UCNPs) doped with Er3+ or Tm3+, coated with COOH-PEG4-COOH, and functionalized with vancomycin (Van) or polymyxin-B (Poly) to selectively target Gram-positive and Gram-negative bacteria, respectively. Gold nanoparticles (AuNPs) served as quenchers, enabling a ratiometric "turn-on" mechanism: upon bacterial binding, the UCNP emission, initially quenched by AuNPs, was partially restored. This allowed differentiation through changes in the green/red (G/R) ratio for Er-UCNP@PEG4-Van and the blue/red (B/R) ratio for Tm-UCNP@PEG4-Poly. The sensor distinguished between Gram-positive and Gram-negative bacteria over a wide concentration range (0.05 to 5 x 105 CFU/mL) and showed high correlation with actual bacterial counts (r = 0.99 for S. aureus, r = 0.91 for E. coli). This platform is a potential fast, selective, and reliable tool for bacterial detection in clinical and environmental settings. (AU)

Processo FAPESP: 19/12588-9 - Biossensores ópticos para detecção rápida de bactérias patogênicas
Beneficiário:Marylyn Setsuko Arai
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 13/07276-1 - CEPOF - Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica
Beneficiário:Vanderlei Salvador Bagnato
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
Processo FAPESP: 21/01170-3 - Nanossistemas luminescentes multifuncionais vítreos e cerâmicos para aplicações em termometria e oximetria
Beneficiário:Pedro Felipe Garcia Martins da Costa
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 24/15684-7 - Luminescência persistente via conversão ascendente: Modulação dos fenômenos de emissão em compósitos de vidro multifuncionais
Beneficiário:Leonnam Gotardo Merizio
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Fixação de Jovens Doutores
Processo FAPESP: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros
Beneficiário:Edgar Dutra Zanotto
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs