A Generalizable and Noncovalent Strategy of Interfacing A A Aptamers with Microelectrode for Selective Sensing of Neurotransmitter of In Vivo

A Generalizable and Noncovalent Strategy of Interfacing Aptamers with Microelectrode for Selective Sensing of Neurotransmitter In Vivo.

• Lanqun Mao
• Hanfeng Hou
• Ying Jin
• Huan Wei
• Wenliang Ji
• Yifei Xue
• Jingbo Hu
• Meining Zhang
• Ying Jiang

抄録

脳機能や病態の化学的基盤を理解するためには、神経化学物質の選択的な探索が不可欠である。そのためには、アプタマーの優れた認識特性と生体内互換性のある炭素繊維マイクロ電極(CFE)をベースとした電気分析システムを組み合わせることが有効な手段であるが、結合化学、安定性、汎用性の点で大きな課題となっている。ここでは、アルキル鎖で機能化されたCFE上にアプタマーコレステロール両親媒性物質（aptCA）を集合させることにより、新たな界面機能化戦略を提示する。その結果、非共有結合性のコレステロール-アルキル鎖相互作用により、アプタマーをCFE表面に効果的に固定化することが可能であることを示した。さらに、この戦略は一般化可能であり、アプタマーと微小電極の長所を相乗的に活用することが可能であり、生体内の神経化学的ダイナミクスを調べるための高選択性バイオエレクトロニクスシステムの生成を可能にします。これは、アプタマーの炭素系電極への非共有結合を利用した初めての実証であり、生体内センサーの設計から脳化学の探索に至るまで、新たな可能性を切り開くものである。

Selective probing of neurochemicals is essential for understanding the chemical basis of brain function and pathology. To this aim, interfacing excellent recognition features of aptamers with in vivo compatible carbon fiber microelectrode (CFE)-based electroanalytical system offers a plausible means, however, is significantly challenged in terms of coupling chemistry, stability, and versatility. Here, we present a new interfacial functionalization strategy created through the assembly of aptamer cholesterol amphiphiles (aptCAs) onto the alkyl chain-functionalized CFE. We show that the noncovalent cholesterol-alkyl chain interactions are capable of effectively immobilizing aptamers onto CFE surface. Moreover, the strategy is generalizable, facile, and applicable of synergizing the merits of microelectrode and aptamers, allowing the generation of a highly selective bioelectronic system for probing neurochemical dynamics in living systems. To our knowledge, this is the first demonstration of using noncovalent cholesterol-based anchoring of aptamers to carbon-based electrodes, opening up a vast array of new opportunities for designing in vivo sensors to exploring brain chemistry.

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