Demonstratie van een flexibele op grafeen gebaseerde biosensor voor gevoelige en snelle detectie van eierstokkankercellen

Resultaten en discussie

De foto van 10 × 10 cm ² een groot oppervlak CVD-gegroeide grafeenfilm op Cu-folie wordt getoond in Fig. 1a. Uit Fig. 1a kan men zien dat in vergelijking met kale Cu-folie met heldere metaalkleur, de kleur van grafeen / Cu een beetje donkerder is. Het overeenkomstige Raman-spectrum van grafeen / Cu wordt getoond in figuur 1b. Zoals weergegeven in figuur 1b, piekt de Raman op 1580 cm ⁻¹ en 2680 cm ⁻¹ komen overeen met G- en 2D-pieken van grafeenfilm. Om de kwaliteit van grafeenfilm verder te controleren, hebben we het Raman-spectrum gemeten van monolaag grafeenfilm overgebracht op SiO₂ /Si-substraat, zoals weergegeven in Fig. 1c. Men kan zien dat de verhouding tussen I _G en ik _2D lager is dan 0,5, wat bevestigt dat de dikte van het grafeen monolaag is; men kan ook zien dat de D-piek erg laag is en bijna niet kan worden waargenomen, wat suggereert dat de kwaliteit van de grafeenfilm erg hoog is en dat de defecten erg klein zijn.

een Foto van kale Cu-folie (linkerpaneel) en grafeen gegroeid op Cu-folie (rechterpaneel), b Raman-spectrum van grafeen/Cu, en c Raman-spectrum van grafeen/SiO₂ /Si

De foto's van flexibele grafeenbiosensoren op PET-substraten worden getoond in Fig. 2. De kankerceloplossing kan aan de celpool worden toegevoegd en het elektrische signaal van grafeenbiosensor kan worden verkregen van twee zilverpasta-elektroden. De elektrische respons voor celkweekmedium en CTC-oplossing werden gemeten.

Foto van grafeen/PET-biosensor

De tijdsafhankelijkheid van de stroomrespons voor dergelijke vloeistoffen wordt geregistreerd bij een vaste spanning van 0,01 V voor en nadat ze in de celpool zijn geplaatst. Zoals te zien is in figuur 3, kan men zien dat voordat een dergelijke vloeistof wordt gedompeld, de stroom constant blijft; wanneer dergelijke vloeistoffen in de celpool worden gedaan, neemt de stroom snel af en houdt dan langzaam een ​​nieuw evenwicht aan. Het antwoord is gedefinieerd als η = (Ik ₀ − Ik )/Ik ₀ *100%, waar ik ₀ is de stroom net voordat de vloeistof wordt gedompeld, en I is de maximale (of minimale) waarde na het op een bepaald moment onderdompelen van de vloeistof. Men kan zien dat na het plaatsen van dergelijke vloeistoffen de weerstand van grafeem toeneemt. De elektrische respons voor kale celkweekmedium en CTC-oplossing voor en na dompeloplossing 200 s zijn respectievelijk 2,96% en 37,04%. Het is duidelijk dat, vergeleken met kale celcultuurmedium, de elektrische respons voor CTC-oplossing zelfs met 30 cellen/ml zeer significant is, wat suggereert dat de flexibele op grafeen gebaseerde biosensor erg gevoelig is voor detectie van kankercellen.

een Elektrische respons voor kweekmedium met kale cellen, en b kankeroplossing met 30 cellen

De tijdsafhankelijkheid van elektrisch signaal voor kale-celkweekmedium en CTC-oplossing met 30 kankercellen/ml wordt verder geanalyseerd in figuur 3. Zoals getoond in figuur 4, kan men zien dat in vergelijking met dat van kale-celkweekmedium, de elektrische respons voor CTC-oplossing (zelfs als 30 cellen/ml) is zeer gevoelig en snel. Na het onderdompelen van de celoplossing heeft deze slechts 2,1, 2,0, 4,5, 7,5, 10,5, 28,5 s nodig om een ​​respons van 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% te bereiken, terwijl de respons van de overeenkomstige celcultuur medium neemt slechts toe van 0,15 naar 1,3%. Dat betekent dat de flexibele grafeen biosensor zeer geschikt is voor snelle en gevoelige detectie binnen 5 s.

Tijdsafhankelijkheid van elektrische respons voor celkweekmedium en CTC-oplossing

We onderzochten verder de elektrische respons voor twee soorten CTC-kankercellen (SUDHL8-cellen en OCILYS-cellen) met dezelfde concentraties van 10.000 (10 K)/ml. Zoals weergegeven in figuur 5, de tijdsafhankelijkheid van stroom voor twee verschillende kankercellen met een iets andere trend en een groot verschil in elektrische respons. Dat betekent dat de grafeenbiosensor veelbelovend is om te worden gebruikt om verschillende kankercellen te identificeren.

Tijdsafhankelijkheid van elektrische respons voor verschillende kankercellen:a SUDHL8 en b OCILYS

De tijdsafhankelijkheid van elektrische stroom en respons voor SUDHL 8-kankerceloplossing met verschillende celconcentraties van 10.000 (10 K)/ml en 100 K/ml is ook onderzocht. Zoals te zien is in figuur 6, kan men zien dat een oplossing met een oplossing met een lagere kankercelconcentratie een hogere stroomsterkte vertoont, wat suggereert dat de kankercel de neiging heeft om te isoleren en dat veel meer cellen niet gunstig zijn voor de geleiding. De tijdsafhankelijkheid van de respons voor oplossingen met twee concentraties vertoont vergelijkbare veranderingstrends en de respons voor een oplossing met een lagere concentratie is iets hoger dan die van een oplossing met een hogere concentratie. Deze resultaten laten zien dat biosensoren kunnen worden gebruikt om kankeroplossingen met verschillende concentraties te identificeren.

Tijdsafhankelijkheid van elektrische stroom (a ) en reactie (b ) voor SUDHL8-kankercellen met verschillende concentraties van 10 K- en 100 K-cellen/ml

Zoals hierboven vermeld, laten de resultaten zien dat een goedkope en flexibele op grafeen gebaseerde biosensor een verschillende respons vertoont voor celkweekmedium en kankeroplossing, verschillende kankercellen en kankerceloplossing met verschillende concentraties, wat suggereert dat een dergelijke flexibele op grafeen gebaseerde biosensor veelbelovend is. gebruikt om CTC-ovariumkankercellen te detecteren en te identificeren.