A pretreatment-free electrical capacitance biosensor for exosome detection in undiluted serum

生物传感器 适体 外体 电容 CD63 检出限 电极 微电极 化学 材料科学 微泡 纳米技术 色谱法 分子生物学 生物化学 生物 基因 小RNA 物理化学
作者
Myoungro Lee,Seong Jun Park,Gahyeon Kim,Chulhwan Park,Min‐Ho Lee,Jae‐Hyuk Ahn,Taek Lee
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:199: 113872-113872 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.bios.2021.113872
摘要

The exosome is considered a useful biomarker for the early diagnosis of cancer. However, pretreatment of samples used in diagnosis is time-consuming. Herein, we fabricated a capacitance-based electrical biosensor that requires no pretreatment of the sample; it is composed of a DNA aptamer/molybdenum disulfide (MoS2) heterolayer on an interdigitated micro-gap electrode (IDMGE)/printed circuit board (PCB) system for detecting exosomes in an undiluted serum sample. The DNA aptamer detects the CD63 protein on the exosome as the biomarker, while the MoS2 nanoparticle enhances electrical sensitivity. In this study, for the first time, the IDMGE system was used to amplify the electrical signal efficiently for exosome detection. The IDMGE amplifies the capacitance signal as the gap between electrodes decreases, making it easy to detect the target by utilizing the heightened sensitivity. Moreover, it is possible to immobilize a bio-probe more efficiently than with an electrical sensitivity-enhancing electrode with the same area. The thiol-modified (SH-) CD63 DNA aptamer was introduced as the bio-probe that selectively binds to the CD63 protein on the exosome surface. The capacitance signal from the IDMGE electrical sensor increased linearly with the increase in the concentration of exosomes in human serum expressed on a logarithmic scale, the detection limit being 2192.6 exosomes/mL. The proposed biosensor can detect exosomes in undiluted human serum with high selectivity and sensitivity. A blind test was also carried out to test the reliability of the biosensor. The capacitance-based electrical biosensor thus offers a new platform for cancer diagnosis in the future.
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