石墨烯Oxide-Gold明星构造三角形电极对阿尔茨海默病鉴定

文摘

纳米技术在医学诊断领域发挥重大作用,特别是与生物传感器和bioimaging。这将显著提高所需的系统的性能通过显示更高的选择性和灵敏度。碳纳米材料、金纳米结构、磁铁矿纳米颗粒和硅衬底是最受欢迎的纳米材料极大地促成了负担得起的和有效的在低成本的生物传感器。这一研究工作是引进一个新的传感策略与石墨烯oxide-constructed三角形电极诊断阿尔茨海默病(AD)。微rna - 137 (microrna - 137)作为广告的一个合适的生物标志物,发现这里的传感方法建立了检测microrna - 137上的互补序列。提高捕获microrna的固定- 137,黄金nanostar (GNS)共轭和捕获microrna的固定化GO-modified表面通过胺链接器。这种固定化过程提高了目标的杂交和达到10调频灵敏度的检测极限1调频线性曲线回归系数为0.9038。进一步控制序列miRNA-21和单一的三重基本不匹配的microrna - 137并没有显示出显著响应电流的变化,表明特定的microrna - 137检测诊断广告。

1。介绍

Nanomaterial-based生物传感器可以显著提高互动的生物分子的特异性和灵敏度的传感表面,导致病原诊断中的应用,生物分子的识别和环境监测1- - - - - -5]。纳米材料包括碳基材料,银纳米粒子,黄金纳米颗粒、磁性纳米颗粒,和二氧化硅纳米粒子被发现大大提高生物分子检测和帮助达到降低检测所需的目标分子(6- - - - - -11]。石墨烯是一个有吸引力的材料与一个原子厚有蜂窝结构sp2-bonded碳。最近,石墨烯衍生品已经吸引了构建生物传感器因其良好的生物相容性、机械强度、热导率高,高弹性,和财产(12,13]。特别是,电化学和电传感器更受欢迎是由于石墨烯的理化性质(14,15]。Graphene-modified传感表面产生敏感和更稳定的传感方法检测各种blood-based生物标记来识别病原体,病毒和疾病,如癌症和糖尿病(16- - - - - -18]。本研究构建一个微型装置使用石墨烯氧化物与三角形电极(去)诊断阿尔茨海默病的生物标志物,微rna - 137 (microrna - 137)。

阿尔茨海默病(AD)是进步的障碍,导致大脑的细胞死亡或退化。广告是人类痴呆的常见原因和结果在思维下降,扰乱社会技能和行为变化(19]。广告是在晚期导致严重的记忆障碍和失败执行日常任务的能力。全世界大约有3700万人患有广告。直到现在,没有完整的策略治疗广告,而没有具体方法诊断广告除了脑部尸检等策略。因此,开发一个医疗点诊断的诊断方法是强制性的广告(20.]。,一本小说graphene-modified三角形电极由微辅助诊断AD - 137 (microrna的137)。

微RNA (MicroRNA的)是一个短,非编码RNA可以刺激信使RNA降解或转化镇压,这有助于调节基因的表达。microrna能结合具体目标mRNA为了抑制或减少表达式。最近,microrna是更多的推广和发展迅速;尤其是循环microrna的可靠的现代生物标志物发现疾病识别(21]。microrna - 137,包含23个核苷酸,发现作为广告的无创性可靠的生物标志物22]。在这项研究中,microrna - 137被补充的microrna - 137 (comp - microrna - 137) graphene-modified传感探头表面。增强的固定薪酬- microrna - 137,黄金nanostar (GNS)是利用。Probe-conjugated金纳米材料改善分子的稳定性,提高传感表面探头附件的数量(1,23,24]。展示广告传感,comp-miRNA共轭。GNS传感表面固定化了使用胺作为链接器,然后确定microrna - 137。这项研究带来了新奇的新的复合石墨烯和金明星复杂,正如前面这个组合尚未透露。它偏离了之前报道结合其他黄金结构提供了一个扩展的表面积。此外,化学功能化是金子做的强烈依恋明星传感表面复杂的期望在这个研究。包含PEG-COOH促进nonfouling和高性能的传感器。

2。材料和方法

2.1。寡核苷酸和化学品

3-Aminopropyltrimethoxysilane (APTMS),磷酸缓冲盐(PBS)、脱氧腺苷三磷酸(dATP),氢氧化钾(KOH),乙醇胺,黄金nanostar (GNS)和石墨烯氧化物(去)从Sigma-Aldrich购买,美国。硅晶片,标准清洁解决方案1和2 (RCA1和RCA2),正2000 (PRI)和负(NR7 6000 py)光阻,和抵制开发者(RD)被命令从Futurrex Inc .富兰克林,美国。下面的寡核苷酸合成商业从当地供应商22]。探针microrna - 137: 5′-SH-UUAUUGCUUAAGAAUACGCGUAG-3′;comp - microrna - 137: 5′-CUACGCGUAUUCUUAAGCAAUAA-3′;单一base-mismatched microrna - 137: 5′-UUAUUGCUUAACAAUACGCGUAG-3′;三重基本不匹配的microrna - 137: 5′-UUAUUGCUUATCTAUACGCGUAG-3′。石墨烯氧化物(去)准备的方法概述了Gopinath et al。25]。

2.2。三角形电极传感器设计和制造

三角形电极传感器表面的模式是由cad设计软件的差距在路口∼20μm。传统的光刻技术是利用制造的传感器。起初,基地衬底的硅晶片被清洗解决方案RCA1和RCA2除去不纯的物质。清洗表面,进行湿法氧化生长氧化层,然后,铝(Al)层沉积,图案采用反应离子刻蚀技术。最后,制作的传感器表面丙酮和蒸馏水清洗和干燥的表面进行进一步的修改。

2.3。comp - microrna - 137和畿尼的接合

结合的探针GNS使用程序执行了Hartati et al。26]。简单地说,100年μM GNS的孵化与dATP 100毫米的摩尔比1:300年,这种混合物在室温下保持15分钟。之后,该解决方案与PBS稀释(10毫米,pH值7.4),然后,0.1毫米的comp - microrna - 137(30摩尔比:1)增加了通过加热3 h 60°C达到平衡。这个解决方案是由离心分离的速度1000转15分钟和洗涤。沉淀溶解在PBS,保存在冰箱为进一步使用。

2.4。在三角形电极传感器表面改性

构建传感器,1毫克的走在稀释分散APTMS(0.25%)和其他在室温下(RT) 1 h。同时,传感器衬底被1%的稀释KOH箱羟基。之后,介绍了分散在APTMS KOH处理表面,然后立即下降comp-miRNA-GNS达到最终捕捉microrna的改性表面来确定microrna - 137。

2.5。杂交的microrna - 137三角形电极表面

杂交的microrna - 137与互补序列固定化传感器表面进行表面被阻断剂后,PEG-COOH。大约5μl的microrna的最初100年的浓度点放置在comp microrna - 137 gns修改传感器表面和休息30分钟在rt,洗后表面与PBS缓冲(10毫米;pH值7.4),电流响应测量电压从0到2。确定检出限,microrna从1 fM - 137稀释到10点,和类似的杂交实验进行了计算当前每个浓度的差异。差异在当前在excel表,绘制和检测极限的计算回归系数值。

2.6。选择性和特定的microrna - 137检测

特定的microrna - 137检测与控制miRNA-21序列和单一和三重基本不匹配的microrna - 137序列。microrna - 137,这三个序列分别放置在comp - mir - 137修改传感器表面,和当前应对发现的具体检测microrna - 137记录。此外,选择性microrna - 137检测实验是由混合microrna - 137 (1 fM) miRNA-21 100点,100点的microrna - 155和1:100稀释人类血清。这个复杂的捕获探针修改传感器表面上掉了。然后,表面被PBS缓冲洗把独立的寡核苷酸,以及当前的反应被记录。

3所示。结果与讨论

诊断阿尔茨海默病(AD)和一个合适的生物标志物提供极大地重要的是药物治疗和改善病人的生活方式。microrna - 137被发现的生物标志物来诊断AD患者和他们的身体状况。本研究工作主要生物标志物识别广告,microrna - 137, graphene-constructed三角形电极传感器表面。图1代表microrna的示意图说明- 137测定传感器表面。在传感层的表面,APTMS用作链接器,因为它反应了氧化物材料。最初是由传感表面羟基捕捉APTMS胺。此外,黄金的嵌入明星可能是由阴离子和阳离子黄金和APTMS之间的反应。将黄金明星之前,它反应了thiolated-probe分子(互补的microrna - 137)。普遍同意,硫醇基可以强烈和黄金表面成键,在目前的情况下,高数量的调查一直在固定的黄金明星相比,由于较大的表面球形粒子。后的可用空间附加探测器与胺的反应APTMS传感表面。

探针固定在传感表面是改善敏感性发挥着重大的作用。探测器可以通过各种材料传感表面一致,包括聚乙二醇(PEG)和纳米颗粒。Nanoparticle-conjugated探测器提高探测器的稳定性和鼓励更多的探测传感表面的附件。特别是,金纳米材料证明降低目标的检测极限与各种传感器(27]。金纳米粒子与生物分子(如抗体,可以很容易地连接肽,DNA, RNA,蛋白质通过硫醇链接器和感应表面固定化(28]。,GNS-conjugated调查改善表面方向和提高探测器的数量附件三角形电极传感器表面。在这些probes-modified表面,microrna - 137序列是通过杂交发现目标。

3.1。GNS-Probe GO-Modified表面固定

GNS-probe是附加GO-modified传感器表面通过APTMS链接器。图2(一个)显示当前的反应过程和GNS-probe固定在传感器表面。正如图中所描述的那样,KOH-treated表面显示当前的8.06E−10;与GO-APTMS修改表面后,当前的反应是增加到3.18E−09年。这个电流增量证实在传感器表面的建设。之后,介绍了GNS-probe从表面上看,和当前级别更改为1.09E−09年。这种变化是由于附件的GNS GO-APTMS表面。最后,阻断剂PEG-COOH下降时,当前的水平提高到2.27E−09年。PEG-based聚合物减少非特异性结合的生物分子传感表面,降低了信噪比。此外,盯住聚合物给传感表面探头附件的正确方向,吸引了更多的目标分子,达到较低的检出限。如图2 (b)当前的差异后,引入PEG-COOH是1.18E−09年。高电流的差异指出当GNS-probe引入表面上证实了更多的探针是附加GO-modified表面。这comp-miRNA构造表面用来确定microrna - 137的水平。增加当前的microrna的证实了杂交- 137及其固定化互补的探针序列。

3.2。杂交的microrna与comp - microrna - 137 - 137

与PEG-COOH阻止表面后,目标microrna - 137 100点下跌从表面上看,和当前大幅增加至1.48E−08年。在指出目前是1.05的区别E−08(图3(一个))。这巨大的变化在当前指出是由于更高的microrna的数字- 137可以杂交其互补序列。传感表面的生物分子的相互作用主要取决于生物分子的亲和力和固定探针分子传感表面。在这个研究中,GNS-conjugated互补序列增加传感表面上的数字和吸引更多的目标mir - 137。这个结果证实了杂交过程的三角形电极传感表面。

3.3。microrna - 137检测的极限

检测极限的microrna - 137是由进行尝试不同的microrna - 137 (1 fM-10 pM)杂交水平与常数comp - microrna - 137传感表面。如图3 (b)1 microrna的fM - 137显示当前响应为3.13E−09年。明显变化的电流(黑线)所指出的,后加1调频的目标序列。此外,浓度增加到10 fM 100 fM,下午1点,10点,当前水平增加到4.04E−09年5.27E−09年7.94E−09年和1.05E−08 A,分别。这显然是指出,随着目标microrna - 137浓度增加,电流响应也逐渐增加(图4(一))。电流响应的差异计算为每个microrna - 137浓度,绘制在一个excel表计算检出限。如图4 (b)检测极限计算10调频0.938线性回归系数值的曲线,和灵敏度发现落在1调频。

3.4。microrna的选择性和特定的识别- 137

具体检测microrna - 137确认控制miRNA-21序列和单一三重基本不匹配的microrna - 137序列。如图5(一个),这三个控制序列没有任何特定的电流响应与comp - microrna - 137。同时,它显示了明显的电流响应特定的microrna - 137序列。这个实验证实了特定的microrna - 137杂交互补序列。识别选择性检测,microrna - 137混合与其他分子如miRNA-21和人类血清稀释。从图显示的结果5 (b)、混合microrna与其他生物分子- 137,不影响杂交的互补序列,这证实了选择性microrna - 137检测。表1包括显示当前方法的比较其他可用的策略。此外,当前的方法的优点是,这些显示电流传感器的潜力。

4所示。结论

阿尔茨海默病(AD)是neurogenerative紊乱,导致认知障碍和记忆缺失。它会影响到人们的日常生活方式,很难单独完成他们的其他活动。直到现在,还没有完全治愈,但药物改善他们的生活质量。广告在其早期诊断有助于确保适当的治疗,因此,必须开发一个高度敏感的生物传感器来检测生物标志物的广告。这项工作是确定广告生物标志物microrna - 137在氧化石墨烯-(去)修改三角形电极表面。提高灵敏度,comp - microrna - 137共轭GO-modified表面附有黄金nanostar和通过胺链接器。检测极限达到10与灵敏度1 fM调频,和控制miRNA-21序列不匹配的microrna - 137序列失败与互补的microrna - 137杂交,指示特定的microrna - 137检测。这一研究工作有助于识别microrna - 137序列和诊断最理想的广告。

缩写

microrna - 137:	微rna - 137
广告:	阿尔茨海默病
畿尼:	黄金nanostar
fM:	Femtomolar
走:	石墨烯氧化物
APTMS:	3-Aminopropyltrimethoxysilane
PBS:	磷酸缓冲盐
dATP:	脱氧腺苷三磷酸
KOH:	氢氧化钾
理查德·道金斯:	抵制开发商
RT:	室温
挂钩:	聚乙二醇
下午:	Picomolar。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

作者手稿的准备和讨论。所有作者阅读和批准最终的手稿。Wenlong Chang和赵京同样这项工作。

确认

S.C.B.G.被马来西亚大学辅助玻璃市(特别拨款:9001 - 00596)影响力的出版物。

引用

1. m . Holzinger, a·高夫,s . Cosnier“纳米材料在生物传感 :复习一下,”分析化学,卷2,页1 - 10,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. m . Pumera桑切斯,即Ichinose, j .唐“电化学nanobiosensors,”化学传感器执行器,B卷,123年,第1205 - 1195页,2007年。视图:谷歌学术搜索
3. d . k . Wang风扇、刘y和e . Wang”高度敏感和特定的比色检测癌细胞通过dual-aptamer目标绑定策略,”生物传感器和生物电子学卷,73年,页1 - 6,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 拉马纳坦,s . c . b . Gopinath m . k . Md艾尔沙德p . Poopalan p . Anbu和t . Lakshmipriya”从焚烧中国神圣的佛像粉煤灰:铝硅酸盐纳米复合材料的潜在nanocarrier药物货物”科学报告,10卷,页1 - 14,2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. x r, s . Wang黄et al .,“Gold-nanourchin播种单壁碳纳米管对伏安法传感器诊断neurogenerative帕金森病,”分析Chimica学报卷,1094年,第150 - 142页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. a . s . Teja P.-Y。Koh”的合成、性质和应用磁性氧化铁纳米颗粒,”晶体生长和表征材料的进展,55卷,不。1 - 2,22-45,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. l l。曲,y y。耿,Z.-N。包、美国Riaz和h·李,“银纳米颗粒对改进的表面增强喇曼散射、棉签的检测及其应用西维因,”Microchimica学报,卷183,不。4、1307 - 1313年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. r . f . d .您好,r . c . r . Wootton闪耀et al .,“硫醇的合成功能化金纳米粒子使用连续流微流体反应堆,”材料的信件,卷61,不。4 - 5,1146 - 1150年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. o . j . Yoon c·h·金孙y,和n .李“毒性分析石墨烯nanoflakes通过细胞电化学传感电极改性石墨烯的纳米复合材料和电解质,”化学传感器执行器,B卷,188年,第461 - 454页,2013年。视图:谷歌学术搜索
10. 陆郭y, y, j . et al .,“Nanodetection头部和颈部癌症的氧化钛传感表面,”纳米研究快报p。33卷。15日,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 即Letchumanan、s . c . b . Gopinath和m . k . m .艾尔沙德“二价离子感应的金纳米粒子聚合伏安法immunosensing:传感器信号的比较分析为鳞状细胞癌抗原,”Microchimica学报,第187卷,第128页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 朱c、d Du和y林,“石墨烯和graphene-like 2 d光学材料若与bioimaging:复习一下,”二维材料,卷2,不。3,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 崔l . j . Liu, d . Losic“石墨烯和氧化石墨烯作为药物输送的新人们应用,”Acta Biomaterialia,9卷,不。12日,第9257 - 9243页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. c . Fenzl p . Nayak赫希,o . s . Wolfbeis h . n . Alshareef和a·j·Baeumner”Laser-scribed石墨烯电极对aptamer-based若,“ACS的传感器,卷2,不。5,616 - 620年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. s . Taniselass m . k . m .艾尔沙德,s . c . b . Gopinath“石墨烯电化学生物传感器用于监测非传染性疾病生物标志物,”生物传感器和生物电子学卷,130年,第292 - 276页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 江z,冯,j .徐t, p . Zhang和z清,“石墨烯生物传感器对细菌和病毒的病原体,”生物传感器和生物电子学,166卷,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. j . Kalaiyarasi s·米纳克希、k . Pandian和s . c . b . Gopinath”同时伏安测定食品中香兰素和愈创木酚产品缺陷自由石墨烯nanoflakes修饰玻碳电极,”Microchimica学报,卷184,不。7,2131 - 2140年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. y通用电气、t . Lakshmipriya s . c . Gopinath et al .,“葡萄糖氧化酶gold-graphene纳米复合材料复合体在介质表面葡萄糖检测:妊娠期糖尿病的策略,”国际期刊的纳米,14卷,第7860 - 7851页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. m . Cordes z Wszolek w·勃拉克,a . Zimny m . Sasiadek和t . Kuwert”与痴呆的神经退化:从病理基础到临床成像MRI、SPECT”当前医学影像检查,12卷,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. j . h . Kim Lee,金,美国歌曲,和s . j . Sim卡”的超灵敏检测nanoplasmonic生物传感器使用离液序列高的代理阿尔茨海默病生物标志物,”ACS的传感器,4卷,不。3、595 - 602年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. j . b . Lu l . Liu,陈y, z . Li和s . c . b . Gopinath”检测微rna - 335 - 5 - p在一个互相交叉电极表面测定腹主动脉瘤的严重程度,”纳米研究快报,15卷,p。105年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Azimzadeh n . Nasirizadeh m . Rahaie h . Naderi-Manesh,”阿尔茨海默病的早期检测使用一个生物传感器基于electrochemically-reduced氧化石墨烯和金纳米线的量化血清microrna - 137”RSC的进步,7卷,不。88年,第55719 - 55709页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. e .钟r高,j . Ko et al .,“痕量分析的汞离子(2)使用aptamer-modified Au / Ag)核壳纳米粒子和ser光谱学microdroplet频道,“芯片上的实验室,13卷,不。2、260 - 266年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. Letchumanan, s . c . b . Gopinath m . k . Md艾尔沙德p . Anbu和t . Lakshmipriya“黄金nano-urchin集成label-free安培计的aptasensing人类血液凝血因子IX: prognosticative方法“皇室病”、“生物传感器和生物电子学卷,131年,第135 - 128页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. s . c . b . Gopinath p . Anbu t Theivasanthi et al .,”表征石墨烯氧化物减少获得真空辅助低温石墨剥落了,”微系统技术,24卷,不。12日,第5016 - 5007页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. y . w . Hartati A . A . Suryani m . Agustina s Gaffar和A . Anggraeni“黄金纳米颗粒−bioconjugate-based电化学DNA生物传感器检测野猪mtDNA在原料和加工肉类,”食品分析方法,12卷,不。11日,第2600 - 2591页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. y通用电气、t . Lakshmipriya s . c . b . Gopinath et al .,“葡萄糖氧化酶gold-graphene纳米复合材料复合体在介质表面葡萄糖检测:妊娠期糖尿病的策略,”国际期刊的纳米卷。2019年,14页,2019。视图:谷歌学术搜索
28. 拉马纳坦,s . c . b . Gopinath m . k . m .艾尔沙德p . Poopalan和p . Anbu”基于DNA的视觉和比色聚合分析早期生长因子受体(EGFR)基因突变通过使用未改性金纳米粒子,“Microchimica学报,第186卷,第546页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. c . s . s . Li w·林k·c·魏et al .,“非侵入性筛查早期阿尔茨海默病诊断的敏感immunomagnetic生物传感器,”科学报告》第六卷,25155页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. j . Sethi m . Van Bulck A . Suhail m . Safarzadeh A . Perez-Castillo和g .锅”label-free生物传感器基于氧化石墨烯和石墨烯双层电化学测定β-淀粉样蛋白生物标记,”Microchimica学报,第187卷,第288页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. y . m .公园,j .安y s . Choi et al .,“灵活nanopillar-based immunoelectrochemicalβ淀粉样蛋白的生物传感器用于无损检测,”纳米收敛p。卷。7日,29日,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. r .康德和b·d·古普塔“基于光纤SPR乙酰胆碱酶生物传感器使用功能化助教₂O₅nanoflakes阿尔茨海默病诊断。”光波技术杂志》,36卷,不。18日,第4024 - 4018页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. H.-N。Chan d .徐S.-L。Ho d .他和m . s . Wong H.-W。李,“高度敏感的量化aptamer-assisted阿尔茨海默病生物标记的扩增,”开展,9卷,不。10日,2939 - 2949年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2021张Wenlong et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。