Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khuếch Đại Vòng Duy Trì Được Gắn Trên Transistor Hiệu Ứng Trường Cổng Mở Rộng Với Mạch Đọc Tích Hợp Để Phát Hiện Sớm Yếu Tố Tăng Trưởng Xuất Phát Từ Tiểu Cầu
Tóm tắt
Việc phát hiện các protein liên quan đến khối u với độ đặc hiệu và nhạy cảm cao là rất quan trọng cho chẩn đoán sớm và tiên lượng ung thư. Trong khi các cảm biến protein dựa trên kháng thể không dễ để bảo quản lâu dài, thì aptamer (DNA đơn sợi) được tìm thấy là một giải pháp thay thế tốt để nhận diện protein liên quan đến khối u một cách đặc hiệu. Nghiên cứu này điều tra khả năng ứng dụng của aptamer để nhận diện yếu tố tăng trưởng xuất phát từ tiểu cầu (PDGF) một cách đặc hiệu và sau đó kích hoạt quá trình khuếch đại vòng tròn (RCA) của DNA trên transistor hiệu ứng trường cổng mở rộng (EGFET) để tăng cường độ nhạy. Các EGFET được chế tạo bằng công nghệ CMOS tiêu chuẩn và tích hợp với các mạch đọc một cách đồng nhất. Việc tích hợp đồng nhất không chỉ tránh được độ phức tạp của việc đấu dây cho một mảng cảm biến lớn mà còn nâng cao độ tin cậy của cảm biến và tạo điều kiện cho việc sản xuất quy mô lớn phục vụ thương mại hóa. Với các mồi RCA được cố định trên bề mặt cảm biến, tín hiệu protein được khuếch đại tương ứng với sự kéo dài của DNA, cho phép EGFET đạt được độ nhạy 8,8 pM, cao hơn ba bậc so với các EGFET thông thường. Hơn nữa, các phản hồi của EGFET có khả năng chỉ ra một cách định lượng tỷ lệ phản ứng của RCA, tạo điều kiện cho việc ước lượng nồng độ protein. Các kết quả thực nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng RCA cố định trên EGFET là một phương pháp hữu ích, không có nhãn, cho chẩn đoán sớm các bệnh liên quan đến các dấu ấn khối u có nồng độ thấp (ví dụ, PDGF) trong mẫu huyết thanh, cũng như để theo dõi sự tổng hợp của nhiều cấu trúc nano DNA khác nhau trong thời gian thực.
Từ khóa
#ung thư; protein; aptamer; yếu tố tăng trưởng; cảm biến; khuếch đại vòng tròn; hiệu ứng trườngTài liệu tham khảo
Anderson NL, Anderson NG. The human plasma proteome: history, character, and diagnostic prospects. Mol Cell Proteomics. 2002;1:845–67.
Asem M, Abbas AT, Al-Hemaly M, Shalaby A, Sami M. Vascular endothelial growth factor serum level as a diagnostic and prognostic marker for colorectal carcinoma. Life Sci J. 2013;10:1975–81.
Falcon BL, Pietras K, Chou J, Chen D, Sennino B, Hanahan D, et al. Increased vascular delivery and efficacy of chemotherapy after inhibition of platelet-derived growth factor-B. Am J Pathol. 2011;178:2920–30.
Warsinke A. Point-of-care testing of proteins. Anal Bioanal Chem. 2009;393:1393–405.
Vashist SK, Schneider EM, Lam E, Hrapovic S, Luong JH. One-step antibody immobilization-based rapid and highly-sensitive sandwich ELISA procedure for potential in vitro diagnostics. Sci Rep. 2014. doi:10.1038/srep04407.
Yen PW, Lu YP, Lin CT, Hwang CH, Yeh AJ, Lin MY, et al. Emerging electrical biosensors for detecting pathogens and antimicrobial susceptibility tests. Curr Org Chem. 2014;18:165–72.
Špringer T, Homola J. Biofunctionalized gold nanoparticles for SPR-biosensor-based detection of CEA in blood plasma. Anal Bioanal Chem. 2012;404:2869–75.
Wang L, Zhu C, Han L, Jin L, Zhou M, Dong S. Label-free, regenerative and sensitive surface plasmon resonance and electrochemical aptasensors based on graphene. Chem Commun. 2011;47:7794–6.
Huang YW, Wu CS, Huang CK, Pang ST, Pan TM, Yang YS, et al. Real-time and label-free detection of the prostate-specific antigen in human serum by a polycrystalline silicon nanowire field-effect transistor biosensor. Anal Chem. 2013;85:7912–8.
Berdat D, Annick M, Fernando H. DNA biosensor using fluorescence microscopy and impedance spectroscopy. Sensors Actuators B. 2006;118:53–9.
Cui Y, Wei Q, Park H, Lieber CM. Nanowire nanosensors for highly sensitive and selective detection of biological and chemical species. Science. 2001;293:1299–2.
Goda T, Miyahara Y. Label-free and reagent-less protein biosensing using aptamer-modified extended-gate field-effect transistors. Biosens Bioelectron. 2013;45:89–94.
Radi AE, Acero Sánchez JL, Baldrich E, O’Sullivan CK. Reagentless, reusable, ultrasensitive electrochemical molecular beacon aptasensor. J Am Chem Soc. 2006;128:117–24.
Kim A, Ah C, Yu H, Yang J, Baek I, Ahn C, et al. Ultrasensitive, label-free, and real-time immunodetection using silicon field-effect transistors. Appl Phys Lett. 2007;91:103901–3.
Joo S, Brown B. Chemical sensors with integrated electronics. Chem Rev. 2008;108:638–51.
Rothberg JM, Hinz W, Rearick TM, Schultz J, Mileski W, Davey M, et al. An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing. Nature. 2011;475(7356):348–52.
Jayasena SD. Aptamers: an emerging class of molecules that rival antibodies in diagnostics. Clin Chem. 1999;45(9):1628–50.
Arya SK, Solanki PR, Datta M, Malhotra BD. Recent advances in self-assembled monolayers based biomolecular electronic devices. Biosens Bioelectron. 2009;24:2810–7.
Bausells J, Carrabina J, Errachid A, Merlos A. Ion-sensitive field-effect transistors fabricated in a commercial CMOS technology. Sensors Actuators B. 1999;57:56–62.
Gu B, Park TJ, Ahn JH, Huang XJ, Lee SY, Choi YK. Nanogap field effect transistor biosensors for electrical detection of avian influenza. Small. 2009;5:2407–12.
Lin YH, Chu CP, Lin CF, Liao HH, Tsai HH, Juang YZ. Extended-gate field-effect transistor packed in microchannel for glucose, urea, and protein biomarker detection. Biomed Microdevices. 2015;17:111–9.
Ariad S, Seymour L, Bezwoda WR. Platelet-derived growth factor (PDGF) in plasma of breast cancer patients: correlation with stage and rate of progression. Breast Cancer Res Treat. 1991;20:11–7.
Kong T, Su R, Zhang B, Zhang Q, Cheng G. CMOS-compatible, label-free silicon-nanowire biosensors to detect cardiac troponin I for acute myocardial infarction diagnosis. Biosens Bioelectron. 2012;34:26–272.
Huang YY, Hsu HY, Huang CJ. A protein detection technique by using surface plasmon resonance (SPR) with rolling circle amplification (RCA) and nanogold-modified tags. Biosens Bioelectron. 2007;22:980–5.
Gao A, Zou N, Dai P, Lu N, Li T, Wang Y, et al. Signal-to-noise ratio enhancement of silicon nanowires biosensor with rolling circle amplification. Nano Lett. 2013;13:4123–30.
Lin MY, Ho FH, Yang CY, Yeh AJ, Yang YS. Functionalization, re-functionalization and rejuvenation of ssDNA nanotemplates. Chem Commun. 2012;48:4902–4.
Lin MY, Lu YP, Yang YS, Chen HL, Yang CH, Grumezescu MA, et al. Alignment of stretchable nanoparticle chains with tunable optical properties formed from molecular machinery. Curr Org Chem. 2013;17:144–8.
Yang L, Fung CW, Cho EL, Ellington AD. Real-time rolling circle amplification for protein detection. Anal Chem. 2007;79:3320–9.
Jamasb S et al. A physical model for threshold voltage instability in Si3N4-gate H-sensitive FET’s (pHISFET’s). IEEE Trans Electron Devices. 1998;45:1239–45.
Lin MY, Lai YB, Chen H, Yang YS. In situ monitoring enzymatic synthesis of the DNA nanotemplate by an extended-gate field-effect transistor biosensor. Conference Proceeding of Symposium on Sensing Technology. 2010.
Bard AJ, Faulkner LR. Electrochemical methods: fundamentals and applications. 2nd ed. New York: Wiley; 2001.
Kim A, Ah CS, Park CW, Yang JH, Kim T, Ahn CG, et al. Direct label-free electrical immunodetection in human serum using a flow-through-apparatus approach with integrated field-effect transistors. Biosens Bioelectron. 2010;25:1767–73.
Wu J, Yan F, Tang JH, Zhai C, Ju HX. A disposable multianalyte electrochemical immunosensor array for automated simultaneous determination of tumor markers. Clin Chem. 2007;53:1495–502.
Laboria N, Fragoso A, Kemmner W, Latta D, Nilsson O, Botero ML, et al. Amperometric immunosensor for carcinoembryonic antigen in colon cancer samples based on monolayers of dendritic bipodal scaffolds. Anal Chem. 2010;82:1712–9.
Lee L, Luo X, Huang J, Cui XT, Yun M. Detection of cardiac biomarkers using single polyaniline nanowire-based conductometric biosensors. Biosensors. 2012;2:205–20.
Fried R, Enz CC. Simple and accurate voltage adder/subtractor. Electron Lett. 1997;33:944–5.