Molecule-Specific Terahertz Biosensors Based on an Aptamer Hydrogel-Functionalized Metamaterial for Sensitive Assays in Aqueous Environments

生物传感器 太赫兹辐射 适体 超材料 材料科学 水溶液 分子 纳米技术 吸收(声学) 化学 光电子学 遗传学 有机化学 生物 物理化学 复合材料
作者
Jie Zhou,Xiang Zhao,Guorong Huang,Yang Xiang,Yang Zhang,Xinyu Zhan,Huiyan Tian,Xiong Yu,Yunxia Wang,Weiling Fu
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:6 (5): 1884-1890 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acssensors.1c00174
摘要

Metamaterial-inspired terahertz (THz) biosensors are devoted to developing high-sensitivity and label-free biosensing strategies. However, most meaningful molecular signals are obscured by the strong THz absorption of solvent water. Most reported THz biosensors require the tested samples to be tediously dried or replaced with a low-absorption medium, which impairs the original bioactivity and the distribution homogeneity of targets. As described in this proposed strategy, a molecule-specific THz biosensor was fabricated from an aptamer hydrogel-functionalized THz metamaterial. Benefitting from the strong interaction with the localized electric field of the metamaterial, trace thrombin-induced variations in the hydration state of the hydrogel can be sensitively probed, which was investigated experimentally and theoretically. The optimized THz biosensor exhibited remarkable specificity for actual serum sample assays and excellent sensitivity, with a relatively low detection limit of 0.40 pM in the human serum matrix. The proposed strategy could serve as a model system to develop various molecule-specific THz biosensors for aqueous molecule sensing.
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