Aptamer Conformational Change Enables Serotonin Biosensing with Nanopipettes

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作者
Nako Nakatsuka,Alix Faillétaz,Dominic Eggemann,Csaba Forró,János Vörös,Dmitry Momotenko
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (8): 4033-4041 被引量:87
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.0c05038
摘要

We report artificial nanopores in the form of quartz nanopipettes with ca. 10 nm orifices functionalized with molecular recognition elements termed aptamers that reversibly recognize serotonin with high specificity and selectivity. Nanoscale confinement of ion fluxes, analyte-specific aptamer conformational changes, and related surface charge variations enable serotonin sensing. We demonstrate detection of physiologically relevant serotonin amounts in complex environments such as neurobasal media, in which neurons are cultured in vitro. In addition to sensing in physiologically relevant matrices with high sensitivity (picomolar detection limits), we interrogate the detection mechanism via complementary techniques such as quartz crystal microbalance with dissipation monitoring and electrochemical impedance spectroscopy. Moreover, we provide a novel theoretical model for structure-switching aptamer-modified nanopipette systems that supports experimental findings. Validation of specific and selective small-molecule detection, in parallel with mechanistic investigations, demonstrates the potential of conformationally changing aptamer-modified nanopipettes as rapid, label-free, and translatable nanotools for diverse biological systems.
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