Ultrasensitive Detection of PSA Using Antibodies in Crowding Polyelectrolyte Multilayers on a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor

材料科学 纳米技术 聚电解质 聚乙烯亚胺 纳米线 聚苯乙烯磺酸盐 图层(电子) 化学 聚合物 复合材料 转染 生物化学 佩多:嘘 基因
作者
G. V. Presnova,D. Е. Presnov,Mariya M. Ulyashova,I. I. Tsiniaikin,А.С. Трифонов,Ekaterina V. Skorb,V. A. Krupenin,О.В. Снигирев,M. Yu. Rubtsova
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:16 (3): 332-332 被引量:4
标识
DOI:10.3390/polym16030332
摘要

Immunosensors based on field-effect transistors with nanowire channels (NWFETs) provide fast and real-time detection of a variety of biomarkers without the need for additional labels. The key feature of the developed immunosensor is the coating of silicon NWs with multilayers of polyelectrolytes (polyethylenimine (PEI) and polystyrene sulfonate (PSS)). By causing a macromolecular crowding effect, it ensures the “soft fixation” of the antibodies into the 3-D matrix of the oppositely charged layers. We investigated the interaction of prostate-specific antigen (PSA), a biomarker of prostate cancer, and antibodies adsorbed in the PEI and PSS matrix. In order to visualize the formation of immune complexes between polyelectrolyte layers using SEM and AFM techniques, we employed a second clone of antibodies labeled with gold nanoparticles. PSA was able to penetrate the matrix and concentrate close to the surface layer, which is crucial for its detection on the nanowires. Additionally, this provides the optimal orientation of the antibodies’ active centers for interacting with the antigen and improves their mobility. NWFETs were fabricated from SOI material using high-resolution e-beam lithography, thin film vacuum deposition, and reactive-ion etching processes. The immunosensor was characterized by a high sensitivity to pH (71 mV/pH) and an ultra-low limit of detection (LOD) of 0.04 fg/mL for PSA. The response of the immunosensor takes less than a minute, and the measurement is carried out in real time. This approach seems promising for further investigation of its applicability for early screening of prostate cancer and POC systems.

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