One-Step Surface Modification to Graft DNA Codes on Paper: The Method, Mechanism, and Its Application

表面改性 化学 X射线光电子能谱 检出限 DNA 纳米技术 荧光 分析物 组合化学 色谱法 化学工程 材料科学 光学 生物化学 物理化学 物理 工程类
作者
Wan Zhou,Mengli Feng,Alejandra Valadez,Xiujun Li
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:92 (10): 7045-7053 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.0c00317
摘要

Glass slides have been widely used for DNA immobilization in DNA microarray and numerous bioassays for decades, whereas they are faced with limitations of low probe density, time-consuming modification steps, and expensive instruments. In this work, a simple one-step surface modification method using 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS) has been developed and applied to graft DNA codes on paper. Higher DNA immobilization efficiency was obtained in comparison with that in a conventional method using glass slides. Fluorescence detection, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), infrared spectra (FT-IR), and pH influence studies were employed to characterize the surface modification and subsequent DNA immobilization, which further reveals a mechanism in which this method lies in ionic interactions between the positively charged APTMS-modified paper surface and negatively charged DNA probes. Furthermore, an APTMS-modified paper-based device has been developed to demonstrate application in low-cost detection of a foodborne pathogen, Giardia lamblia, with high sensitivity (the detection limit of 22 nM) and high specificity. Compared with conventional methods using redundant cross-linking reactions, our method is simpler, faster, versatile, and lower-cost, enabling broad applications of paper-based bioassays especially for point-of-care detection in resource-poor settings.
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