Nanomechanoelectrical approach to highly sensitive and specific label-free DNA detection

检出限 DNA 晶体管 限制 DNA–DNA杂交 纳米技术 杂交探针 材料科学 石墨烯 电场 光电子学 化学 生物物理学 生物 物理 生物化学 电压 量子力学 色谱法 工程类 机械工程
作者
Xiaoyu Zhang,Xiao Fan,Huilu Bao,Jinglei Ping
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (33)
标识
DOI:10.1073/pnas.2306130120
摘要

Electronic detection of DNA oligomers offers the promise of rapid, miniaturized DNA analysis across various biotechnological applications. However, known all-electrical methods, which solely rely on measuring electrical signals in transducers during probe-target DNA hybridization, are prone to nonspecific electrostatic and electrochemical interactions, subsequently limiting their specificity and detection limit. Here, we demonstrate a nanomechanoelectrical approach that delivers ultra-robust specificity and a 100-fold improvement in detection limit. We drive nanostructural DNA strands tethered to a graphene transistor to oscillate in an alternating electric field and show that the transistor-current spectra are characteristic and indicative of DNA hybridization. We find that the inherent difference in pliability between unpaired and paired DNA strands leads to the spectral characteristics with minimal influence from nonspecific electrostatic and electrochemical interactions, resulting in high selectivity and sensitivity. Our results highlight the potential of high-performance DNA analysis based on miniaturized all-electronic settings.

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