北京
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研究内容
多巴胺、乙酰胆碱、肾上腺素、去甲肾上腺素等神经递质在神经沟通中起着至关重要的作用，与各种神经退行性疾病密切相关。能够对单个活细胞水平的神经递质进行时空分辨监测的技术对于研究神经递质相关的生物学过程和疾病至关重要。
湖南大学唐昊教授课题组报道了一种利用DNA适配体探针与多巴胺（DA）特异性相互作用的双纳米孔生物传感器，能够检测单个嗜铬细胞瘤（PC12）细胞中的细胞内DA和DA外流（细胞外DA）。该传感器允许在10分钟内快速检测DA，检测限为0.4nM。相关工作以“Development of Dual-Nanopore Biosensors for Detection of Intracellular Dopamine and Dopamine Efflux from Single PC12 Cell”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。
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研究要点
要点1.作者选择了一种与多巴胺（DA）特异性结合的DNA适配体，将其修饰到纳米孔表面。将巯基修饰的DNA适体组装到沉积有金膜的纳米孔上。DNA适配体和带正电荷的DA分子之间的相互作用将诱导负表面电荷的部分中和。纳米孔中的离子电流与其表面电荷密切相关，离子电流整流（ICR）发生在不对称的纳米孔结构中，以产生电位依赖的离子通量。
要点2.具有双纳米孔配置的吸管内电路的能力，对于实现细胞内和细胞外多巴胺检测至关重要。多巴胺靶的浓度可以与所测量的离子电流幅度降低相关。
要点3.该传感器允许在10分钟内快速检测DA，检测限为0.4 nM。双纳米孔生物传感器能够监测不同刺激下单细胞多巴胺浓度的变化。
该所开发的双纳米孔生物传感器代表了在单细胞水平上对神经元行为进行时间依赖性监测的一种新策略，并有可能扩展到用于单细胞分析的其他平台。
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研究图文
图1.（A）双纳米孔结构的典型SEM。（B）用填充1×PBS在双纳米孔内表面不同改性后，双纳米孔I-V曲线的ICR响应。（C）双纳米孔生物传感器对不同多巴胺浓度（0、1 nM、5 nM、10 nM、50 nM、100 nM、1 μM、10 μM和100 μM）的响应I-V曲线。（D）1 μM多巴胺和10 μM不同干扰物的双纳米孔生物传感器的选择性研究。
图2. PC12和HeLa细胞系中纳米孔生物传感器对（A）无或L-DOPA刺激（B）的单细胞多巴胺时间依赖性电流响应。（C）通过纳米孔生物传感器在没有或有L-DOPA刺激的PC12和HeLa细胞系中测定的相对单细胞多巴胺水平。（D）通过商业ELISA试剂盒估计PC12和HeLa细胞系中的相对多巴胺水平，使用细胞裂解液样品进行无或有L-DOPA刺激。通过除以常数（初始电流值）将依赖于时间的离子电流响应归一化为基线值1.0。
图3.（A）在常氧或缺氧条件下连续监测单个PC12和HeLa细胞的多巴胺流出。（B）PC12和HeLa细胞在常氧或缺氧条件下的相对多巴胺流出量。通过除以常数（初始电流值）将依赖于时间的离子电流响应归一化为基线值1.0。
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文献详情
Development of Dual-Nanopore Biosensors for Detection of Intracellular Dopamine and Dopamine Efflux from Single PC12 Cell
Tao Zhao, Jing-Wen Wang, Hong-Shuai Zhang, Xin Zheng, Yi-Ping Chen, Hao Tang,* Jian-Hui Jiang
Anal. Chem.
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04050
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