Indium phosphide (InP) quantum dots (QDs) have recently garnered considerable interest in the design of bioprobes due to their non-toxic nature and excellent optical properties. Several attempts for the conjunction of InP QDs with various entities such as organic dyes and dye-labeled proteins have been reported, while that with fluorescent proteins remains largely uncharted. This study reports the development of a Förster resonance energy transfer pair comprising glutathione-capped InP/GaP/ZnS QDs [InP(G)] and the fluorescent protein mCherry. Glutathione on InP(G) undergoes effective bioconjugation with mCherry consisting of a hexahistidine tag, and the nonradiative energy transfer is investigated using steady-state and time-resolved measurements. Selective one-photon excitation of InP(G) in the presence of mCherry shows a decay of the emission of the QDs and a concomitant growth of acceptor emission. Time-resolved investigations prove the nonradiative transfer of energy between InP(G) and mCherry. Furthermore, the scope of two-photon-induced energy transfer between InP(G) and mCherry is investigated by exciting the donor in the optical transparency range. The two-photon absorption is confirmed by the quadratic relationship between the emission intensity and the excitation power. In general, near-infrared excitation provides a path for effective light penetration into the tissues and reduces the photodamage of the sample. The two-photon-induced energy transfer in such assemblies could set the stage for a wide range of biological and optoelectronic applications in the foreseeable future.

1.
L. E.
Brus
,
J. Chem. Phys.
79
,
5566
(
1983
).
2.
R.
Rossetti
,
J. L.
Ellison
,
J. M.
Gibson
, and
L. E.
Brus
,
J. Chem. Phys.
80
,
4464
(
1984
).
3.
C. B.
Murray
,
D. J.
Norris
, and
M. G.
Bawendi
,
J. Am. Chem. Soc.
115
,
8706
(
1993
).
4.
I. L.
Medintz
,
A. R.
Clapp
,
H.
Mattoussi
,
E. R.
Goldman
,
B.
Fisher
, and
J. M.
Mauro
,
Nat. Mater.
2
,
630
(
2003
).
5.
I. L.
Medintz
and
H.
Mattoussi
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
11
,
17
(
2009
).
6.
I. L.
Medintz
,
H. T.
Uyeda
,
E. R.
Goldman
, and
H.
Mattoussi
,
Nat. Mater.
4
,
435
(
2005
).
7.
H.
Mattoussi
,
G.
Palui
, and
H. B.
Na
,
Adv. Drug Delivery Rev.
64
,
138
(
2012
).
8.
J. K.
Jaiswal
,
H.
Mattoussi
,
J. M.
Mauro
, and
S. M.
Simon
,
Nat. Biotechnol.
21
,
47
(
2003
).
9.
G. A.
Beane
,
A. J.
Morfa
,
A. M.
Funston
, and
P.
Mulvaney
,
J. Phys. Chem. C
116
,
3305
(
2012
).
10.
X.
Michalet
,
F.
Pinaud
,
T. D.
Lacoste
,
M.
Dahan
,
M. P.
Bruchez
,
A. P.
Alivisatos
, and
S.
Weiss
,
Single Mol.
2
,
261
(
2001
).
11.
M.
Sugawa
,
S.
Nishikawa
,
A. H.
Iwane
,
V.
Biju
, and
T.
Yanagida
,
Small
6
,
346
(
2010
).
12.
A. M.
Dennis
,
W. J.
Rhee
,
D.
Sotto
,
S. N.
Dublin
, and
G.
Bao
,
ACS Nano
6
,
2917
(
2012
).
13.
M.
Suzuki
,
Y.
Husimi
,
H.
Komatsu
,
K.
Suzuki
, and
K. T.
Douglas
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
5720
(
2008
).
14.
A. C. S.
Samia
,
X.
Chen
, and
C.
Burda
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
15736
(
2003
).
15.
N.
Waiskopf
,
S.
Magdassi
, and
U.
Banin
,
J. Am. Chem. Soc.
143
,
577
(
2021
).
16.
N.
Hildebrandt
,
C. M.
Spillmann
,
W. R.
Algar
,
T.
Pons
,
M. H.
Stewart
,
E.
Oh
,
K.
Susumu
,
S. A.
Díaz
,
J. B.
Delehanty
, and
I. L.
Medintz
,
Chem. Rev.
117
,
536
(
2017
).
17.
I. L.
Medintz
,
J. H.
Konnert
,
A. R.
Clapp
,
I.
Stanish
,
M. E.
Twigg
,
H.
Mattoussi
,
J. M.
Mauro
, and
J. R.
Deschamps
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
101
,
9612
(
2004
).
18.
A. R.
Clapp
,
I. L.
Medintz
,
J. M.
Mauro
,
B. R.
Fisher
,
M. G.
Bawendi
, and
H.
Mattoussi
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
301
(
2004
).
19.
A.
Thomas
,
P. V.
Nair
, and
K. G.
Thomas
,
J. Phys. Chem. C
118
,
3838
(
2014
).
20.
P.
Roy
,
G.
Devatha
,
S.
Roy
,
A.
Rao
, and
P. P.
Pillai
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
5354
(
2020
).
21.
C. K.
De
,
D.
Roy
,
S.
Mandal
, and
P. K.
Mandal
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
4330
(
2019
).
22.
D. A.
Taylor
,
J. A.
Teku
,
S.
Cho
,
W.-S.
Chae
,
S.-J.
Jeong
, and
J.-S.
Lee
,
Chem. Mater.
33
,
4399
(
2021
).
23.
C. K.
De
,
S.
Mandal
,
D.
Roy
,
S.
Ghosh
,
A.
Konar
, and
P. K.
Mandal
,
J. Phys. Chem. C
123
,
28502
(
2019
).
24.
P.
Ramasamy
,
K.-J.
Ko
,
J.-W.
Kang
, and
J.-S.
Lee
,
Chem. Mater.
30
,
3643
(
2018
).
25.
P.
Ramasamy
,
N.
Kim
,
Y.-S.
Kang
,
O.
Ramirez
, and
J.-S.
Lee
,
Chem. Mater.
29
,
6893
(
2017
).
26.
B.
Manoj
,
S. M.
Somasundaran
,
D.
Rajan
,
S.
Thirunavukkuarasu
, and
K. G.
Thomas
,
J. Phys. Chem. B
126
,
2635
(
2022
).
27.
S.
Thirunavukkuarasu
,
A.
George
,
A.
Thomas
,
A.
Thomas
,
V.
Vijayan
, and
K. G.
Thomas
,
J. Phys. Chem. C
122
,
14168
(
2018
).
28.
P.
Roy
,
M.
Virmani
, and
P. P.
Pillai
,
Chem. Sci.
14
,
5167
(
2023
).
29.
E. M.
Thomas
,
N.
Pradhan
, and
K. G.
Thomas
,
ACS Energy Lett.
7
,
2856
(
2022
).
30.
E. K.
Vishnu
,
A. A.
Kumar Nair
, and
K. G.
Thomas
,
J. Phys. Chem. C
125
,
25706
(
2021
).
31.
B.
Manoj
,
D.
Rajan
, and
K. G.
Thomas
,
J. Chem. Phys.
158
,
174706
(
2023
).
32.
A.
Thomas
,
K.
Sandeep
,
S. M.
Somasundaran
, and
K. G.
Thomas
,
ACS Energy Lett.
3
,
2368
(
2018
).
33.
P.
Cavanaugh
,
X.
Wang
,
M. J.
Bautista
,
I.
Jen-La Plante
, and
D. F.
Kelley
,
J. Chem. Phys.
159
,
134704
(
2023
).
34.
P.
Cavanaugh
,
H.
Sun
,
I.
Jen-La Plante
,
M. J.
Bautista
,
C.
Ippen
,
R.
Ma
,
A. M.
Kelley
, and
D. F.
Kelley
,
J. Chem. Phys.
155
,
244705
(
2021
).
35.
R. N.
Day
,
W.
Tao
, and
K. W.
Dunn
,
Nat. Protoc.
11
,
2066
(
2016
).
36.
A. R.
Clapp
,
T.
Pons
,
I. L.
Medintz
,
J. B.
Delehanty
,
J. S.
Melinger
,
T.
Tiefenbrunn
,
P. E.
Dawson
,
B. R.
Fisher
,
B.
O’Rourke
, and
H.
Mattoussi
,
Adv. Mater.
19
,
1921
(
2007
).
37.
D. J.
Bharali
,
D. W.
Lucey
,
H.
Jayakumar
,
H. E.
Pudavar
, and
P. N.
Prasad
,
J. Am. Chem. Soc.
127
,
11364
(
2005
).
38.
Y.
Wang
,
X.
Yang
,
T. C.
He
,
Y.
Gao
,
H. V.
Demir
,
X. W.
Sun
, and
H. D.
Sun
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
021917
(
2013
).
39.
D.
Wawrzynczyk
,
J.
Szeremeta
,
M.
Samoc
, and
M.
Nyk
,
APL Mater.
3
,
116108
(
2015
).
40.
I. L.
Medintz
,
T.
Pons
,
K.
Susumu
,
K.
Boeneman
,
A. M.
Dennis
,
D.
Farrell
,
J. R.
Deschamps
,
J. S.
Melinger
,
G.
Bao
, and
H.
Mattoussi
,
J. Phys. Chem. C
113
,
18552
(
2009
).
41.
V. R.
Hering
,
G.
Gibson
,
R. I.
Schumacher
,
A.
Faljoni-Alario
, and
M. J.
Politi
,
Bioconjugate Chem.
18
,
1705
(
2007
).
42.
K.
Boeneman
,
J. B.
Delehanty
,
K.
Susumu
,
M. H.
Stewart
,
J. R.
Deschamps
, and
I. L.
Medintz
,
Adv. Exp. Med. Biol.
733
,
63
(
2012
).
43.
R.
Alam
,
J.
Zylstra
,
D. M.
Fontaine
,
B. R.
Branchini
, and
M. M.
Maye
,
Nanoscale
5
,
5303
(
2013
).
44.
A. M.
Dennis
and
G.
Bao
,
Nano Lett.
8
,
1439
(
2008
).
45.
P.
Biswas
,
L. N.
Cella
,
S. H.
Kang
,
A.
Mulchandani
,
M. V.
Yates
, and
W.
Chen
,
Chem. Commun.
47
,
5259
(
2011
).
46.
B. T.
Bajar
,
E. S.
Wang
,
S.
Zhang
,
M. Z.
Lin
, and
J.
Chu
,
Sensors
16
,
1488
(
2016
).
47.
K.
Boeneman
,
B. C.
Mei
,
A. M.
Dennis
,
G.
Bao
,
J. R.
Deschamps
,
H.
Mattoussi
, and
I. L.
Medintz
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
3828
(
2009
).
48.
S.
Tamang
,
G.
Beaune
,
I.
Texier
, and
P.
Reiss
,
ACS Nano
5
,
9392
(
2011
).
49.
S. M.
Click
,
A. C.
Koziel
,
R.
Torres
,
S.
Flores
,
J. R.
McBride
, and
S. J.
Rosenthal
,
J. Chem. Phys.
158
,
224705
(
2023
).
50.
B. F. P.
McVey
,
R. A.
Swain
,
D.
Lagarde
,
Y.
Tison
,
H.
Martinez
,
B.
Chaudret
,
C.
Nayral
, and
F.
Delpech
,
J. Chem. Phys.
151
,
191102
(
2019
).
51.
M. R.
Friedfeld
,
J. L.
Stein
,
D. A.
Johnson
,
N.
Park
,
N. A.
Henry
,
M. J.
Enright
,
D.
Mocatta
, and
B. M.
Cossairt
,
J. Chem. Phys.
151
,
194702
(
2019
).
52.
M.
Rafipoor
,
H.
Tornatzky
,
D.
Dupont
,
J.
Maultzsch
,
M. D.
Tessier
,
Z.
Hens
, and
H.
Lange
,
J. Chem. Phys.
151
,
154704
(
2019
).
53.
J. P.
Park
,
J.-J.
Lee
, and
S.-W.
Kim
,
Sci. Rep.
6
,
30094
(
2016
).
54.
Y.
Zheng
,
S.
Gao
, and
J. Y.
Ying
,
Adv. Mater.
19
,
376
(
2007
).
55.
X.
Shu
,
N. C.
Shaner
,
C. A.
Yarbrough
,
R. Y.
Tsien
, and
S. J.
Remington
,
Biochemistry
45
,
9639
(
2006
).
56.
A.
Shamirian
,
A.
Ghai
, and
P. T.
Snee
,
Sensors
15
,
13028
(
2015
).
57.
N.
Zhan
,
G.
Palui
,
M.
Safi
,
X.
Ji
, and
H.
Mattoussi
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
13786
(
2013
).
58.
K.
Rurack
and
M.
Spieles
,
Anal. Chem.
83
,
1232
(
2011
).
59.
U.
Anand
,
C.
Jash
, and
S.
Mukherjee
,
J. Phys. Chem. B
114
,
15839
(
2010
).
60.
A.
Dhir
,
H.
Gogoi
, and
A.
Datta
,
J. Indian Chem. Soc.
98
,
100067
(
2021
).
61.
G.
Beane
,
K.
Boldt
,
N.
Kirkwood
, and
P.
Mulvaney
,
J. Phys. Chem. C
118
,
18079
(
2014
).
62.
N.
Zhang
,
X.
Liu
,
Z.
Wei
,
H.
Liu
,
J.
Peng
,
L.
Zhou
,
H.
Li
, and
H.
Fan
,
Nanomaterials
9
,
369
(
2019
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.