用于超灵敏生物传感的电化学门控石墨烯宽带微波波导

对非扩增 DNA 序列和单碱基突变的识别对分子生物学和遗传诊断至关重要。本文报道一种由电化学门控石墨烯共面波导与微流控通道耦合而成的新型传感器。暴露于分析物时，由于边缘场相互作用以及静电门控引起的石墨烯动态电导率调制，波导中电磁波的传播发生改变。探针 DNA 序列固定在石墨烯表面，传感器暴露于与探针完全匹配、含单碱基错配或不相关的 DNA 序列。通过监测 50 MHz 至 50 GHz 间的散射参数，可在低至每升 1 阿摩尔 (1 aM) 的浓度下实现对不同链明确且可重复的区分。通过控制和同步频率扫描、电化学门控及微流控通道中的液体流动，传感器生成多维数据集。利用先进数据分析技术充分挖掘数据集的丰富信息。使用不同机器学习模型，即使在模拟噪声和低信噪比存在下，三类序列间的分类准确率也 > 97%。该传感器在识别单碱基错配方面超越了场效应晶体管和微波传感器的现有最佳灵敏度。