An Aptamer-Based Hydrogel Sensing Platform Enabling Low Micromolar Detection of Small Molecules Using Low Sample Volumes

适体 材料科学 纳米技术 小分子 分子 自愈水凝胶 有机化学 分子生物学 高分子化学 生物化学 化学 生物
作者
Milana Pikula,Milana Pikula,Yingfu Li,Carlos D. M. Filipe,Todd Hoare
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.3c19203
摘要

Poor fluorescence recovery at low analyte dosages and slow ligand binding kinetics are critical challenges currently limiting the use of aptamer-functionalized hydrogels for sensing small molecules. In this paper, we report an adenosine-responsive hydrogel sensor that integrates FRET-signaling aptamer switches into in situ-gelling thin-film hydrogels. The hydrogel sensor is able to entrap a high proportion of the sensing probes (>70% following vigorous washing), delay nucleolytic degradation, stabilize weak aptamer complexes to improve hybridization affinity and suppress fluorescence background, and provide high sensitivity in biological fluids (i.e., undiluted human serum). Furthermore, the developed hydrogel sensors were able to achieve low limits of detection (5.3 μM in buffer and 8.8 μM in serum) within 4 min of exposure to the sample, with signal generation requiring only 20 μL/well of analyte sample. The physical nature of the aptamer encapsulation allows this approach to accommodate virtually any small-molecule aptamer, avoiding the need for covalent anchoring and the complex modification of nucleic acid sequences typically required for effective aptamer-based molecular recognition.
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