Электрохимические биосенсоры на основе аптамеров
Биосенсор на основе электрохимического аптамера (E-AB) обладает способностью генерировать электрохимический сигнал в ответ на специфическое связывание мишени in vivo [1]. Сигнал измеряется изменением фарадеевского тока, проходящего через электрод. Датчики E-AB имеют преимущество перед датчиками на основе аптамеров , о которых сообщалось ранее , такими как аптамеры, генерирующие флуоресценцию, благодаря их способности обнаруживать связывание мишени in vivo с измерениями в реальном времени. [2] Датчик E-AB состоит из трехэлектродной ячейки: электрода опроса, электрода сравнения и противоэлектрода. Сигнал генерируется внутри электрохимической ячейки, затем измеряется и анализируется потенциостатом . [3]Существует несколько биохимических и электрохимических параметров для оптимизации усиления сигнала для биосенсоров E-AB . Плотность упаковки аптамеров ДНК или РНК, частота ACV, управляемая потенциостатом, и химический состав SAM — все это факторы, определяющие усиление сигнала, а также отношение сигнал/шум при связывании мишени. [1] Биосенсоры E-AB представляют собой многообещающий механизм для обнаружения на месте и введения лекарств с обратной связью. [2]
Аптамеры ДНК или РНК фиксируются на опрашивающем электроде, где окислительно-восстановительная реакция сообщается с помощью окислительно-восстановительной метки . Золото часто используется в качестве поверхности зонда для опрашивающих электродов. Поверхность золотого электрода заполнена окислительно-восстановительными метками ДНК или РНК-аптамерами. Редокс-репортер часто представляет собой метиленовый синий. [1] При связывании с мишенью аптамер изменяет структуру путем складывания, приближая окислительно-восстановительный репортер к золотому электроду. Это увеличение близости от окислительно-восстановительного репортера к электроду обеспечивает более быстрый перенос электронов от окислительно-восстановительной метки к золотому электроду. [3] Увеличение скорости переноса электронов способствует изменению фарадеевского тока, которое регистрируется потенциостатом.
Электрод сравнения представляет собой место известной химической реакции с известным окислительно-восстановительным потенциалом. Например, электрод сравнения, в котором протекает реакция хлорида серебра (Ag/AgCl), имеет фиксированный окислительно-восстановительный потенциал и является точкой измерения окислительно-восстановительного потенциала опрашивающего электрода. [4] Противоэлектрод (или вспомогательный электрод ) действует как катод или анод по отношению к опрашивающему электроду. [3]Приложенное напряжение не проходит через электрод сравнения из-за импеданса, создаваемого потенциостатом. Следовательно, потенциал, генерируемый в электрохимической ячейке, приписывается опрашивающему электроду. Ток измеряется как потенциал опрашивающего электрода относительно фиксированного потенциала электрода сравнения. Разница потенциалов создает ток во внешней цепи и генерирует сигнал. Сигнал количественно определяет связывание мишени в зависимости от переноса электронов, который стехиметрически пропорционален связыванию мишени. [3]
Четырехэлектродный метод также был продемонстрирован в электрохимическом сенсоре с мембраной из нанопористого оксида алюминия [5] , где аптамер был привит на мембрану, а не на электрод. Связывание аптамера с белком-мишенью вызывает изменение импеданса мембраны, которое улавливается электрохимическим датчиком с помощью анализатора спектроскопии импеданса. Этот подход может быть полезен в тех случаях, когда электрическое поле электрода может изменить структуру аптамера или биоинтерфейс, что может снизить способность восприятия.
Есть несколько параметров, которые следует учитывать для оптимизации усиления электрохимического сигнала, вызванного связыванием. Плотность упаковки аптамерного зонда, природа самособирающегося монослоя и частота ACV являются факторами, влияющими на обнаружение и измерение сигнала. [1] При расчете плотности упаковки на поверхности зонда учитываются два основных фактора. Концентрация аптамера и химия поверхности самособирающегося монослоя (SAM) позволяют варьировать желаемую плотность упаковки зонда. [1]
