Method Article

تحليل رامان الطيفي بمساعدة التعلم الآلي لمستشعر نانوي ssDNA-SWCNT المستجاب للسيروتونين لتحسين الانتقائية ضد الدوبامين

DOI:

10.3791/69925

⸱

May 15th, 2026

 ,  , 
1School of Biomedical Convergence Engineering, Pusan National University, 2BB21+, Department of Chemistry, Pukyong National University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف البروتوكول تحليل رامان الطيفي لمستشعر النانو SWCNT المغلف ب ssDNA، مما يمكن من تحسين القياس الانتقائي للسيروتونين مقابل الدوبامين بمساعدة نموذج تعلم الآلة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يلعب السيروتونين (5-هيدروكسي تريبتامين، 5-HT) أدوارا حاسمة في التعديل العصبي، ومع ذلك تواجه طرق الكشف الحالية صعوبة في توفير استشعار فوري ل 5-HT بحساسية وانتقائية عالية. لقد طورنا سابقا مستشعر نانوي للسيروتونين قريب من الأشعة تحت الحمراء (nIRHT)، يتكون من أنبوب كربون أحادي الجدار مغلف ب ssDNA يكتشف 5-HT بحساسية. ومع ذلك، لا يمكن لاستجابة nIRHT التألقية التمييز بين 5HT والدوبامين (DA)، مما يحد من تطبيقاته العملية. في هذه الدراسة، يتغلب طياف رامان مع التعلم الآلي على هذا التحدي الانتقائي. كشفت ميزات الطيف في نطاق G عن توقيعات مميزة لارتباط 5HT مقابل ارتباط DA ب nIRHT، حيث تسبب DA في زيادة كبت نطاق G. استخدمنا رامان التفاضلي (ΔRaman) لعزل التغيرات الطيفية الخاصة بالتحليل ودربنا ثلاثة نماذج تعلم آلي للتصنيف. حقق نموذج الغابة العشوائية مع ΔRaman أداء مثاليا بدقة 95.8٪، متفوقا بشكل ملحوظ على النماذج التي تستخدم أطياف رامان الخام. أظهر هذا النهج تحسنا في الخصوصية، مع استجابات ضئيلة للأسيتيل كولين وGABA والجلوتامات، وحقق حد كشف 0.1 ميكرومولار مناسب للتطبيقات الفسيولوجية. يحول هذا النهج القائم على رامان مستشعر الفلورة غير الانتقائية nIRHT إلى منصة قادرة على تمييز قوي بين الناقلات العصبية، متغلبة على مشكلات الانتقائية في الاستشعار الجزيئي القائم على أنابيب الكربون النانوية ذات الجدار الواحد (SWCNT).

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

السيروتونين (5-هيدروكسي تريبتامين، 5-HT) هو ناقل عصبي حيوي ينظم المزاج والإدراك والنوم والشهية، ويرتبط الخلل الوظيفي بالاكتئاب والقلق واضطرابات نفسية عصبية أخرى1. لا يزال المراقبة الفورية لديناميكيات السيروتونين في الأنظمة البيولوجية تحديا بسبب المدى الزمني الميلي ثانية لنقل التشابك والبيئة الكيميائية المعقدة للنسيج العصبي2. على الرغم من التقدم الكبير في تقنيات اكتشاف الناقلات العصبية، لا يزال تحقيق كل من الحساسية العالية والانتقائية الجزيئية للسيروتونين يشكل تحديات تحليلية كبيرة.

تمتد طرق كشف السيروتونين الحالية من التقنيات التحليلية التقليدية إلى منصات الاست....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصنيع مستشعرات نانوية SWCNT nIRHT الوظيفية بواسطة ssDNA

  1. اجمع بين 1 ملغ من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs)، و100 ميكرولتر من 1 مللي مولار من الحمض النووي E6#9، و900 ميكرولتر من محلول ملحي مخزن الفوسفات 1x (PBS) في أنبوب بسعة 1.5 مل.
    تحذير: مسحوق SWCNT الجاف يشكل خطرا محتملا للاستنشاق. تعامل مع المسحوق داخل غطاء بخار كيميائي معتمد وارتد معدات الحماية الشخصية المناسبة، بما في ذلك الكمامة والقفازات.
  2. وزع الخليط باستخدام جهاز استحمام لمدة 5 دقائق. قم بسونيك الخليط باستخدام جهاز صوت ذو طرف مزود بمسبار 3 مم بسعة 50٪ لمدة 30 دقيقة في حمام ثلج.
  3. قم بطرد المحلول الصوتي عند 21,5....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستشعر جهاز استشعار النانويات النانوية الكربونية النانوية (nIRHT) الوظيفي لفيروس ال SWCNT الوظيفي ل S9#9 ssDNA، الذي تم تطويره سابقا من خلال منهجية SELEC، تعزيزا قابلا للعكس في فلورة nIR عند الارتباط ب 5HT، مما يتيح التصوير اللحظي بتقنية 5HT في المختبر وخارج الجسم الحي12. تسلسل E6#9 (5'-CCCCCCAGCACCACCAGACACAACTCCCCCCC-3') يلتف حول الأنابيب الصلبية الغربية لإنشاء مواقع ارتباط ل 5HT. ومع ذلك، يفتقر هذا المستشعر إلى التحديد: فكل من 5-HT وDA يؤديان .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قدم تحليل رامان الطيفي تحسينا كبيرا في خصوصية حساس nIRHT، وهي قدرة لا يمكن تحقيقها باستجابة فلورية تقليدية. لاحظنا أن DA تسبب في كبت أكثر وضوحا لنطاق G⁻ (1570 سم-1) مقارنة ب 5HT. من المحتمل أن تنشأ هذه التواقيع من اختلاف الاتجاهات الجزيئية وهندسات الارتباط على سطح SWCNT. على وجه التحديد، من المرجح أن يشكل جزء الكاثيكول في DA تفاعلات أقوى π π مع سطح SWCNT، مما يؤدي إلى اضطراب إلكتروني أكبر يظهر ككبت معزز للG⁻. على النقيض من ذلك، يبدو أن نظام حلقة الإندول في 5HT ينتج اقتران إلكت.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم دعم هذا العمل بمنحة بحثية لمدة سنتين من جامعة بوسان الوطنية.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
HiPCo raw  النانو إنتغريس
iDus1.7 InGaAsأندورDU490A-1,9
رامانتاتشنانو فوتون
Vibra Cell 130سونيكس

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Berger, M., Gray, J. A., Roth, B. L. The expanded biology of serotonin. Annu Rev Med. 60, 355-366 (2009).
  2. Dankoski, E. C., Wightman, R. M. Monitoring serotonin signaling on a subsecond time scale. Front Integr Neurosci. 7, 44(2013).
  3. Zhang, X., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Raman Spectral AnalysisMachine LearningSerotonin NanosensorDopamine SelectivitySingle Walled Carbon NanotubessDNA SWCNTNeurotransmitter DiscriminationRandom Forest ModelG Band SpectroscopyMolecular Sensing

Related Articles