Micro- to Nanoscale Neurochemical Sensors
微米级到纳米级神经化学传感器
基本信息
- 批准号:10001487
- 负责人:
- 金额:$ 114.06万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2022-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAffinityAmino AcidsAmmoniumAnimalsBehaviorBehavior DisordersBindingBiologicalBiosensorBrainBrain ChemistryBrain DiseasesBrain MappingCationsChemicalsChemistryCodeCollaborationsComplementComplexDNADNA SequenceDataDeoxyribonucleotidesDetectionDevelopmentDevicesDiseaseElectrodesEnzymesEventExhibitsExocytosisExtracellular SpaceFunctional disorderFundingGlucoseGoalsHyperacusisImplantIn VitroIndividualIonsLinkLipidsMeasurementMeasuresMental disordersMethodsMicroelectrodesMolecular ConformationMonitorNeural PathwaysNeurodegenerative DisordersNeurohormonesNeuromodulatorNeuronsNeurotransmittersPatternPeptidesPerformancePreventionPropertyReaction TimeResearchResearch PersonnelSerotoninSignal TransductionSignaling MoleculeSiliconSpeedSteroidsStructureSurfaceSynapsesSystemTechnologyTestingTimeTransistorsTranslatingValidationWorkaptamerbasecostdesignelectric fieldexpectationextracellularfunctional groupin vivoin vivo evaluationinnovationinsightmembermolecular recognitionnanoscalenanowirenerve supplyneural circuitneural information processingneurochemistryneuronal circuitryneurosteroidsnew therapeutic targetnext generationnovelnovel strategiesnovel therapeuticsprogramsprotein expressionreceptorresponsesensorsensor technologysmall moleculetemporal measurement
项目摘要
Micro- to Nanoscale Neurochemical Sensors
Abstract
Current methods to measure neurochemicals in the extracellular space are limited by poor chemical,
spatial, and temporal resolution. Researchers are therefore unable to investigate brain chemistries
dynamically, particularly at the level of neural circuits and across broad arrays of signaling molecules.
To understand cell signaling at the time scales pertinent to intrinsically encoded information, truly
transformative sensors are needed that will provide highly multiplexed readouts of changes in
extracellular neurochemical concentrations with sub-second response times. The objective of this
proposal is to design, develop, test, and optimize neurochemical sensors that approach these critical
attributes. Molecular recognition will occur via DNA sequences (aptamers) linked to field-effect
transistor (FET) sensor arrays for electronic transduction of reversible binding events via conductance
changes. Microscale FETs will be employed initially, followed by the development and implementation
of multiplexed nanowire FETs. Lithographically fabricated FETs on silicon microprobes, and the
aptamers they are functionalized with will be validated in vitro, ex vivo, and implanted for performance
evaluation in vivo. By carrying out the proposed research, we will integrate and extend the unique and
diverse capabilities of the members of our team to make critical advances in neurochemical sensing
technologies that will enable unprecedented insight into how information is coded in cell signaling.
The impact will be towards understanding the function of the healthy brain in relation to complex
behaviors, and corresponding dysfunction in psychiatric and neurodegenerative disorders to
ultimately identify new therapeutic targets for these diseases.
微米级到纳米级神经化学传感器
抽象的
目前测量细胞外空间神经化学物质的方法受到化学物质质量差的限制,
空间和时间分辨率。因此研究人员无法研究大脑化学成分
动态地,特别是在神经回路水平和广泛的信号分子阵列上。
为了理解与内在编码信息相关的时间尺度上的细胞信号传导,真正
需要变革性的传感器来提供高度多路复用的变化读数
细胞外神经化学浓度的响应时间为亚秒级。此举的目的
提案是设计、开发、测试和优化接近这些关键的神经化学传感器
属性。分子识别将通过与场效应连接的 DNA 序列(适体)进行
晶体管 (FET) 传感器阵列,用于通过电导进行可逆结合事件的电子转导
变化。首先将采用微型 FET,然后进行开发和实施
多路复用纳米线 FET。在硅微探针上光刻制造 FET,以及
其功能化的适体将在体外、离体和植入时进行性能验证
体内评价。通过开展拟议的研究,我们将整合和扩展独特的和
我们团队成员的不同能力在神经化学传感方面取得了关键进展
这些技术将使我们能够前所未有地深入了解细胞信号传导中信息的编码方式。
其影响将有助于理解健康大脑与复杂的大脑功能相关的功能。
行为以及精神和神经退行性疾病中相应的功能障碍
最终确定这些疾病的新治疗靶点。
项目成果
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专著数量(0)
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