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物理学 > 生物物理

arXiv:2505.08039 (physics)
[提交于 2025年5月12日 ]

标题: 基于石墨烯的磁弹生物传感器用于COVID-19血清学诊断

标题: Graphene-based magnetoelastic biosensor for COVID-19 serodiagnosis

Authors:Wenderson R. F. Silva, Larissa C. P. Monteiro, Murilo C. Costa, Renato V. A. Boaventura, Eduardo N. D. de Araújo, Rafael O. R. R. Cunha, Tiago A. de O. Mendes, Rodrigo G. Lacerda, Joaquim B. S. Mendes
摘要: 本文介绍了一种创新的磁弹(ME)生物传感器,该传感器使用功能化了SARS-CoV-2 N蛋白的石墨烯来通过磁弹共振检测抗体。选择石墨烯是因为其生物相容性和高表面积,这使得抗原吸附高效,这一结论通过能量色散X射线光谱(EDX)、原子力显微镜(AFM)和微拉曼光谱等技术得到验证。 拉曼带的变化(2D带的 $\sim 10~\mathrm{cm}^{-1}$ 位移和 $I_D/I_G$ 比率从0.03增加到0.60)证实了非共价相互作用以及表面覆盖率的提高,达到了约100 $\mu$g的N蛋白。 使用人类血浆(10个RT-PCR阳性样本和10个阴性样本)的测试表明,使用功能化了约100 $\mu$g N蛋白的石墨烯传感器可以清楚地区分这些组别。 酶联免疫吸附测定(ELISA)验证了这些结果。 优化蛋白质浓度和生物功能化时间强调了均匀表面覆盖对于石墨烯基ME生物传感器再现性的关键作用。 该平台结合了石墨烯的优势与ME传感器无线、实时检测的能力,提供了低成本、高灵敏度,并具有自动化潜力,在即时护理诊断中有应用前景。
摘要: This work presents an innovative magnetoelastic (ME) biosensor using graphene functionalized with the SARS-CoV-2 N protein for antibody detection via magnetoelastic resonance. Graphene was chosen for its biocompatibility and high surface area, enabling efficient antigen adsorption, validated by techniques such as energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), atomic force microscopy (AFM), and micro-Raman spectroscopy. Changes in Raman bands (a $\sim 10~\mathrm{cm}^{-1}$ shift in the 2D band and an increase in the $I_D/I_G$ ratio from 0.03 to 0.60) confirmed non-covalent interactions and enhanced surface coverage with ~100 $\mu$g of N protein. Tests using human plasma (10 RT-PCR-positive and 10 negative samples) demonstrated a clear distinction between groups using graphene sensors functionalized with ~100 $\mu$g of N protein. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) validation corroborated the results. Optimization of protein concentration and biofunctionalization time highlighted the importance of homogeneous surface coverage for reproducibility of the graphene-based ME biosensor. The platform combines graphene's advantages with the wireless, real-time detection capabilities of ME sensors, offering low cost, high sensitivity, and potential for automation, with applications in point-of-care diagnostics.
评论: 14页,6个图,
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2505.08039 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2505.08039v1 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.08039
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Joaquim Mendes [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 12 日 20:11:38 UTC (865 KB)
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