Mass Transfer Limitations of Porous Silicon-Based Biosensors for Protein Detection.
Mass Transfer Limitations of Porous Silicon-Based Biosensors for Protein Detection.
复制标题
多孔硅基生物传感器用于蛋白质检测的传质限制。
DOI：
10.1021/acssensors.0c00670
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发表时间：
2020-10-23
期刊：
影响因子：
8.9
通讯作者：
Segal E
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Arshavsky Graham S;Boyko E;Salama R;Segal E
多孔硅（PSi）薄膜已被广泛研究用于生物传感应用，使许多目标的无标记光学检测。这些生物传感器的大表面积已被普遍认为是PSi纳米结构的主要优点之一。然而，在实践中，与平面对应物相比，在不应用信号放大策略的情况下，基于PSI的生物传感器遭受有限的灵敏度。使用一个理论模型，它描述了复杂的质量传输现象和反应动力学在这些多孔纳米材料，我们揭示了体和受阻扩散的相互关联的影响是主要的限制因素的PSI为基础的生物传感器。因此，在不显著加速到纳米结构和在纳米结构内的质量传输的情况下，这些生物传感器的靶捕获性能将是相当的，而不管捕获探针-靶对的性质如何。我们使用我们的模型来研究各种结构和生物传感器特性对这种生物传感器的捕获性能的影响，并建议其优化的经验法则。
Porous silicon (PSi) thin films have been widely studied for biosensing applications, enabling label-free optical detection of numerous targets. The large surface area of these biosensors has been commonly recognized as one of the main advantages of the PSi nanostructure. However, in practice, without application of signal amplification strategies, PSi-based biosensors suffer from limited sensitivity, compared to planar counterparts. Using a theoretical model, which describes the complex mass transport phenomena and reaction kinetics in these porous nanomaterials, we reveal that the interrelated effect of bulk and hindered diffusion is the main limiting factor of PSi-based biosensors. Thus, without significantly accelerating the mass transport to and within the nanostructure, the target capture performance of these biosensors would be comparable, regardless of the nature of the capture probe–target pair. We use our model to investigate the effect of various structural and biosensor characteristics on the capture performance of such biosensors and suggest rules of thumb for their optimization.
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