Matching Capacitors to Self-Powered Biosensors for Signal Amplification: Toward Ultrasensitive Electrochemical Detection for MicroRNA-21-Triggered Catalytic Hairpin Assembly

生物传感器 电容器 纳米技术 检出限 信号(编程语言) 化学 阳极 材料科学 电极 电压 计算机科学 电气工程 工程类 色谱法 物理化学 程序设计语言
作者
Futing Wang,Jing Xu,Yangyang Hou,Ke‐Jing Huang,Xinmeng Yu,Xin Zhou,Xuecai Tan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (8): 2673-2680 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c07082
摘要

A capacitor coupled with enzymatic biofuel cells (EBFCs) can deliver high-power instant output to obtain an amplified detection signal. Herein, matching a capacitor to a self-powered electrochemical biosensor for ultrasensitive determination of microRNA-21 is investigated. The detection system mainly combines a capacitor, EBFCs, and biological amplification technologies. Concretely, EBFCs are integrated into a capacitor-joined circuit, and the capacitor is automatically shorted by a switching regulator to provide an instantaneous current that is rapidly detected with a digital multimeter. A sensitivity of 38.72 μA/pM is achieved with the contribution of the matching capacitor, which is 6.96 times that without a capacitor. Moreover, the redox reaction on the anode leads to high-voltage outputs at low substrate concentrations and generates electrons when the target miRNA triggers a catalytic hairpin assembly cycle, while the release of the [Fe(CN)6]3– electron acceptor on the cathode is catalyzed to obtain a higher detection signal. As a result, the limit of detection of the developed biosensor is 0.18 fM (S/N = 3) with a linear range of 0.5–10 000 fM, which indicates that the innovative capacitor-matched self-powered biosensor holds great promise for ultrasensitive electrochemical biosensing.
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