Hydrogel Microneedle-Assisted Assay Integrating Aptamer Probes and Fluorescence Detection for Reagentless Biomarker Quantification

适体 荧光团 分析物 多路复用 生物分析 生物分子 化学 纳米技术 荧光 色谱法 材料科学 分子生物学 生物信息学 生物 量子力学 物理
作者
Hanjia Zheng,Amin GhavamiNejad,Peyman GhavamiNejad,Melisa Samarikhalaj,Adria Giacca,Mahla Poudineh
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:7 (8): 2387-2399 被引量:76
标识
DOI:10.1021/acssensors.2c01033
摘要

Analyzing interstitial fluid (ISF) via microneedle (MN) devices enables patient health monitoring in a minimally invasive manner and in point-of-care settings. However, most MN-based diagnostic approaches require complicated fabrication processes and postprocessing of the extracted ISF or are limited to detection of electrochemically active biomarkers. Here, we show on-needle measurement of target analytes by integrating hydrogel microneedles with aptamer probes as the recognition elements. Fluorescently tagged aptamer probes are chemically attached to the hydrogel matrix using a simple and novel approach, while a cross-linked patch is formed. For reagentless detection, we employ a strand displacement strategy where fluorophore-conjugated aptamers are hybridized with a DNA competitor strand conjugated to a quencher molecule. The assay is utilized for rapid (2 min) measurement of glucose, adenosine triphosphate, l-tyrosinamide, and thrombin ex vivo. Furthermore, the system enables specific and sensitive quantification of rising and falling concentrations of glucose in an animal model of diabetes to track hypoglycemia, euglycemia, and hyperglycemia conditions. Our assay can be applied for rapid measurement of a diverse range of biomarkers, proteins, or small molecules, introducing a generalizable platform for biomolecule quantification, and has the potential to improve the quality of life of patients who are in need of close monitoring of biomarkers of health and disease.
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