Poly-l-Lysine-Modified Graphene Field-Effect Transistor Biosensors for Ultrasensitive Breast Cancer miRNAs and SARS-CoV-2 RNA Detection

生物传感器 核糖核酸 检出限 核酸 小RNA 化学 纳米技术 分子生物学 病毒学 生物 材料科学 色谱法 生物化学 基因
作者
Jianwei Gao,Chun‐Hua Wang,Chao Wang,Yujin Chu,Shun Wang,Ming Sun,Hao Ji,Yakun Gao,Yanhao Wang,Yingkuan Han,Fangteng Song,Hong Liu,Yu Zhang,Lin Han
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (3): 1626-1636 被引量:70
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c03786
摘要

(Mi)RNAs are important biomarkers for cancers diagnosis and pandemic diseases, which require fast, ultrasensitive, and economical detection strategies to quantitatively detect exact (mi)RNAs expression levels. The novel coronavirus disease (SARS-CoV-2) has been breaking out globally, and RNA detection is the most effective way to identify the SARS-CoV-2 virus. Here, we developed an ultrasensitive poly-l-lysine (PLL)-functionalized graphene field-effect transistor (PGFET) biosensor for breast cancer miRNAs and viral RNA detection. PLL is functionalized on the channel surface of GFET to immobilize DNA probes by the electrostatic force. The results show that PGFET biosensors can achieve a (mi)RNA detection range of five orders with a detection limit of 1 fM and an entire detection time within 20 min using 2 μL of human serum and throat swab samples, which exhibits more than 113% enhancement in terms of sensitivity compared to that of GFET biosensors. The performance enhancement mechanisms of PGFET biosensors were comprehensively studied based on an electrical biosensor theoretical model and experimental results. In addition, the PGFET biosensor was applied for the breast cancer miRNA detection in actual serum samples and SARS-CoV-2 RNA detection in throat swab samples, providing a promising approach for rapid cancer diagnosis and virus screening.
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