Method Article

Dopamine Karşı Daha İyi Seçicilik İçin Serotonin Duyarlı SSDN-SWCNT Nanosensörünün Makine Öğrenimi Destekli Raman Spektral Analizi

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

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

Protokol, ssDNA sarılmış SWCNT nanosensörünün Raman spektral analizini tanımlar; bu da bir makine öğrenimi modeli yardımıyla dopamine karşı serotoninin seçici ölçümünün iyileştirilmesini sağlar.

Abstract

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

Serotonin (5-hidroksitriptamin, 5-HT) nöromodülasyonda kritik roller oynarken, mevcut tespit yöntemleri 5-HT'nin gerçek zamanlı algılanmasını yüksek hassasiyet ve seçicilikle sağlamakta zorlanmaktadır. Daha önce, 5-HT'yi hassas şekilde tespit eden, ssDNA ile sarılmış tek duvarlı karbon nanotüpten oluşan yakın kızılötesi serotonin nanosensörü (nIRHT) geliştirmiştik. Ancak, nIRHT'nin floresans yanıtı 5HT ile dopamin (DA) arasında ayrım yapamaz, bu da pratik uygulamalarını sınırlar. Bu çalışmada, Raman spektroskopisi ve makine öğrenimi bu seçicilik zorluğunu aşmaktadır. G-bandı spektral özellikleri, 5HT ile DA arasında nIRHT'ye bağlanma ile DA arasında belirgin imzalar ortaya koydu; DA, daha fazla G-bandı baskılanmasına neden oldu. Analit spesifik spektral değişiklikleri izole etmek için diferansiyel Raman (ΔRaman) kullandık ve sınıflandırma için üç makine öğrenimi modeli eğittik. ΔRaman ile rastgele orman modeli, ham Raman spektrumları kullanan modelleri önemli ölçüde geride bırakarak %95,8 doğrulukla optimal performans elde etti. Bu yaklaşım, asetilkolin, GABA ve glutamata karşı önemsiz yanıtlarla gelişmiş spesifiklik gösterdi ve fizyolojik uygulamalar için uygun 0,1 μM bir tespit sınırı elde etti. Bu Raman tabanlı yaklaşım, seçici olmayan nIRHT floresan sensörü, tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) tabanlı moleküler algılamada seçicilik sorunlarını aşarak sağlam nörotransmitter ayırt etmeye yeten bir platforma dönüştürür.

Introduction

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

Serotonin (5-hidroksitriptamin, 5-HT), ruh hali, biliş, uyku ve iştahı düzenleyen kritik bir nörotransmitterdir ve depresyon, anksiyete ve diğer nöropsikiyatrik bozukluklarla ilişkili işlev bozukluğuile ilişkilidir 1. Biyolojik sistemlerde serotonin dinamiklerinin gerçek zamanlı izlenmesi, sinaptik iletimin milisaniyelik zaman ölçeği ve sinir dokusunun karmaşık kimyasal ortamı nedeniyle hâlâzordur. Nörotransmitter tespit teknolojilerindeki önemli ilerlemelere rağmen, serotonin için hem yüksek hassasiyet hem de moleküler seçiciliğe ulaşmak önemli analitik zorluklar teşkil etmeye devam etm....

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

Protocol

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

1. ssDNA fonksiyonel SWCNT nIRHT nanosensör üretimi

  1. 1 mg tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT), 100 μL 1 mM E6#9 ssDNA ve 900 μL 1x fosfat-tamponlu tuzlu (PBS) 1,5 mL bir tüpte birleştirin.
    DIKKAT: Kuru SWCNT tozu potansiyel bir solunma tehlikesidir. Tozu sertifikalı kimyasal bir duman kaputu içinde tutun ve maske ile eldiven dahil uygun kişisel koruyucu ekipman takın.
  2. Karışımı banyo sonikatörü ile 5 dakika boyunca dağıtın. Karışımı, %50 genlikte 30 mm genlikte bir uçlu sonikatör ile buz banyosunda 30 dakika boyunca sonikleştirin.
  3. Soniklenmiş çözeltiyi 21.500 x g hassasiyeti....

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

Results

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

Daha önce SELEC metodolojisiyle geliştirilen E6#9 ssDNA fonksiyonel SWCNT nanosensörü (nIRHT), 5HT bağlanmasıyla geri dönebilir nIR floresans artışı göstererek gerçek zamanlı 5HT görüntüleme in vitro ve exvivo 12 yapılmasını mümkün kılar. E6#9 dizisi (5'-CCCCCCAGCACCAGACAGCACACTCCCCCCCC-3') SWCNT'lerin etrafına dolanarak 5HT için bağlanma noktaları oluşturur. Ancak bu sensör özgüllükten yoksundur: hem 5-HT hem de DA benzer yoğunluk artışına yol a.......

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

Discussion

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

Raman spektroskopik analizi, geleneksel floresan yanıtıyla elde edilemeyen nIRHT sensörünün özgüllüğünde önemli bir artış sağladı. DA'nın G⁻ bandında (1570 cm-1) daha belirgin bir baskılanma indüklediğini gözlemledik, 5HT ile karşılaştırıldığında. Bu diferansiyel imzalar muhtemelen SWCNT yüzeyindeki değişken moleküler yönelimler ve bağlanma geometrilerinden kaynaklanır. Özellikle, DA'nın katekol kısmı muhtemelen SWCNT yüzeyiyle daha güçlü π-π etkileşimleri oluşturur ve bu da G.......

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

Disclosures

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

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Pusan Ulusal Üniversitesi'nden alınan 2 yıllık bir araştırma bursu ile desteklenmiştir.

....

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  Nanointegris
iDus1.7 InGaAsANDORDU490A-1,9
RamantouchNano Foton
Vibra Hücresi 130SONICS

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