⃝⃝可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectICT Express 2（2016）155www.elsevier.com/locate/icte基于芳香族分子的分子器件用于非侵入性癌症检测Rupan Preet Kaur，Ravinder Singh Sawhney，Derick Engles，Milanpreet Kaur印度阿姆利则Guru Nanak Dev大学电子技术系接收日期：2016年8月1日;接收日期：2016年10月21日;接受日期：2016年10月24日2016年11月11日在线发布摘要筛选组织和血液样本的分子诊断的重大进展推动了对生物标志物和诊断纳米传感器的研究，这些生物标志物和诊断纳米传感器可以在其发育周期的早期检测到异常。在本文中，我们提出了一种基于芳香分子连接的生物标志物，可以跟踪任何活样品中的铅浓度。建立了基于蒽二硫醇分子的纳米分子器件模型。其电输运属性计算使用半经验扩展休克尔理论结合非平衡格林我们观察到，当分子结器件暴露于不同浓度的铅时，电流和电导测定有显著的变化基于我们的研究结果，我们提出了芳香族分子结为基础的生物标志物，可以检测到即使是轻微的掺杂铅时，在工作电压范围内。c2016韩国通信信息科学研究所。出版社：Elsevier B.V.这是一篇开放获取的文章，CC BY-NC-ND许可证（http：//creativecommons. org/licenses/by-nc-nd/4. 0/）。关键词：铅;癌症;分子结;扩展休克尔理论;非平衡格林1. 介绍对于癌症患者来说，时间是生死攸关的问题因此，肿瘤必须在导致死亡的晚期之前被发现[1]。这一重大认识在分子诊断领域取得了此外，它还推动了生物标志物领域的研究，以在肿瘤发展的早期检测肿瘤[1]。 美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）1993年职业暴露值指南指出，应将Pb-B控制在20 µg/dl或低于4的水平，因为妇女、儿童和胎儿对铅暴露比成年男性更敏感[2-4 ]。育龄妇女的铅-B超过10微克/分升有风险交付一个孩子，*通讯作者。电子邮件地址：bhullar. gmail.com（R. P. Kaur），sawhney gndu@hotmail.com（R.S. Sawhney），englesderick@gmail.com（D.Engles），mkb1313@yahoo.com（M.Kaur）。同行评审由韩国通信信息科学研究所负责。本文是题为《新兴市场特别问题》的特刊的一部分。医学诊断技术由Ki H.Chon，Sangho Ha，Jinseok Lee，Yunyoung Nam，Jo Woon Chong and Marco DiRienzo.a Pb-B高于疾病控制中心（CDC）现行指南10 µg/dl。疾病预防控制中心得出结论，育龄妇女的耐受值应为10微克/分升的铅- B8）[5-7 ]。另一方面，在发展中国家的一些工业中，以及在铅的二次熔炼的小型工业中，甚至在工业化国家中，仍然观察到高的铅暴露[2]。分子生物学分析工具的产业化使得在临床中使用分子变得切实可行[2]。与传统的诊断方法相比，在单个手持设备中的小型化已经获得了探索分子作为生物标志物和诊断工具的研究人员的相当大的关注。最近，诺贝尔奖获得者让-皮埃尔·索瓦吉、J·弗雷泽·斯托达特爵士和伯纳德·L。Feringa成功开发了可以通过血管发送的分子纳米机器人，以及可以监测重要器官健康的纳米材料因此，在类似的方法中，我们实现了一种基于双探针模型的分子装置，该分子装置可以作为生物标志物来检测铅的存在我们模拟了芳香族分子结（AMJ），包括夹在两个半无限的金电极之间的蒽二硫醇。当该结暴露于各种量的铅样品时，它可以诊断肿瘤的存在，其表现出本文讨论的各种电度量。http://dx.doi.org/10.1016/j.icte.2016.10.0072405-9595/c2016韩国通信信息科学研究所。Elsevier B. V.的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4. 0/）。−=+= H（、（（ - µR）+156R.P. Kaur等人 /ICT Express 2（2016）155-158Fig. 1.作为生物标志物实施的双探针模型由桥接在两个金电极之间的蒽二硫醇（ADT）分子组成。2. 建模与仿真我们采用半经验扩展休克尔理论（EHT）结合Keldysh非平衡格林蒽二硫醇（ADT）插入两个金表面之间。图中所示的形成的分子结。 1是建模和模拟使用原子工具包13.8.0 [8]及其虚拟纳米实验室图形用户界面[8]。为了通过该模型计算电荷输运，我们使用了基于SE-EHT的半经验输运模型，以更少的计算时间和更低的计算成本获得准确的结果[9，a]。此外，Au电极由于其高导电性、稳定性和明确的制造技术而被用作电子电流的引线[9，b]，[10]。的概念Heurich等人[11]提出的扩展分子用于计算电传输度量，以确保Au电极和ADT分子之间的电荷转移的定性描述。3. 结果和讨论在半导体和器件物理学中，电压驱动的电子在两个阴极之间的迁移称为电子输运。描述电子传输效率的两个重要量是电流和电导，根据Datta [12]提出的Landauer公式，电流和电导与电子从一个电极（L）到另一个电极（R）图二. (a)电流频谱。(b)不同比例铅暴露下ADT分子结的电导谱。与Pb浓度成正比。这意味着，铅的浓度可以有效地跟踪在一个高的偏置电压范围从1.2 V到2 V。低于这个截止点，铅掺杂的ADT分子结测定休眠电流和电导。因此，该模型可以被视为在高偏置电压的铅传感器。然而，它在小范围的偏置电压期间表现出类似二极管的行为。为了进一步阐明这些传导趋势，我们评估了参与分子的定位和离域I2e2008T EV[f E]f E]d E（一）轨道-最高占据分子轨道（HOMO），最低未占分子轨道（LUMO）随偏压变化。共振分子这里，能量窗口在费米能量Ef附近具有宽度V。T（ E）表示传递函数，是能量和f（E µi）， i L/ R的函数，即，左或右电极。电导还与透射光谱相关，如下：2e2G=hT，（2）其中e是电子电荷，h是普朗克常数，T是总传输概率（所有可能的传输通道之和）。T（ E， V）是透射函数，其可以根据分子能级及其与金属引线的耦合的知识来计算。从图 显然，在高偏置电压下，电测量电流和电导都直接变为相对于费米能（EF）的轨道随偏置电压的变化解释了当关联所有三种情况的电导谱的斜率变化时，HLG的减小使电导升高，而HLG的增加导致电导较小或小，如图1B所示。第2段（b）分段。为了理解2 V时传导趋势的起源，我们研究了2 V时的透射光谱，如图4所示。如我们所知，位于EF附近和偏置窗口（BW）内的透射峰数量越高[15具有最高浓度的Pb原子的分子结（MJ）（以黑线示出）在BW内部显示出大密度的透射峰−8b）、-微升） −.+R. P. Kaur等人/ ICT Express 2（2016）155图三.由（a）1Pb掺杂的ADT MJ、（b）2Pb掺杂的ADT MJ和（c）3Pb掺杂的ADT MJ表现出的HLG偏置电压变化。见图4。2 V时的透射光谱，其中两条绿线表示偏置窗口。(For对本图图例中所指颜色的解释，读者可参考本文的网络版。）并因此在2V下测定电流和电导的显著贡献。然而，本征蒽分子结（粉红线）在BW内显示最少的透射峰，因此在最高偏置电压下显示最小的电流和电导因此，我们建立了透射光谱和电导之间的强相关性[19分子投影自洽哈密顿（MPSH）本征态进一步研究，以阐明参与的HOMO和LUMO的变化作为Pb的浓度增加的芳香族分子结的研究。图图5示出了三个时期的MPSH本征态。很明显，轨道密度从a到b和从b到c都在增加。当分子结暴露于铅原子浓度最大的环境中时，HOMO和LUMO显示出Pb掺杂ADT分子与金电极的最强耦合。这种趋势随着Pb浓度的降低而降低。因此，我们建立了ADT分子结可以非常有效地感应铅在周围环境中的存在，在高偏置电压，通过逐步提高其导电。因此，该分子器件可以被部署为生物标志物或诊断纳米传感器，用于在从1.2V到2.5V的工作电压范围内检测致癌铅。2对比图五.蒽分子结的MPSH本征态（从4. 结论在这项研究中，芳香族分子结作为生物标志物。我们得出结论，当在1.2 V至2 V的偏置电压下工作时，一旦发现周围环境中存在铅，Au-蒽二硫醇-Au结的电流和电导就会此外，我们确定，随着铅浓度的增加，它伴随着相应的电流和电导的增加。这种不断升级的传导是合理的减少HLG，相当大的参与内的偏置窗口，和高轨道密度的传输峰。因此，芳香族分子结可以在纳米医学应用中实现，例如考虑到它们的弱低温性质的生物标志物和诊断纳米传感器。引用[1] D. William，E. Hazelton，Georg Luebeck，基于生物标志物的早期癌症检测：可以实现吗？Sci. Transl. 3（109）（2011）109fs9.http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.3003272网站。[2] P. Clark，皮里港队列研究：材料血铅和妊娠结局，流行病学杂志。社区卫生40（1986）18-25。https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular诊断。[3] M. Brandbyge，J.L. Mozos，J.泰勒，K.Stokbro，Phys.Rev. B 65（2002）165401。[4] KurtStokbro，Dan Erik Petersen ，Søren Smidstrup，Anders Blom，MadsIpsen，纳米尺度器件模拟的半经验模型，物理。Rev. B 82（2010）075420。158R.P. Kaur等人/ICT Express 2（2016）155[5] 美国政府工业卫生学家会议，《1993年职业接触值指南》，ACGIH，辛辛那提，1993年。[6] D. Bellinger ， A. 莱 维 坦 角 Warternaux ， H. Needleman ， M.Rabinowitz，产前暴露与早期认知发育的纵向分析，N。Engl.J.Med.316（1990）1037-1043。[7] M. Lippman，铅与人类健康：背景和最近的发现，在维龙。第51（1990）号决议第1-24段。[8] Atomistic Toolkit Manual，Quantumwise Inc.[9] (a)D . Kienle，J.I. Cerda，A.W.Ghosh，J.Appl. Phys. 100（2006）043714;(b)B. 徐宁杰，陶，通过重复形成分子结测量单分子电阻，科学301（2003）1221[10] X. Li，J. He，J. Hihath，B. Xu，S.M.Lindsay，N.J. Tao，Conduc-单烷二硫醇的导电性：分子电极接触的导电机理和效应，J. Am. 128（2006）2135[11] Heurich等人，Phys. Rev. Lett. 88（2002）256803。[12] S. 陈文，介观系统中的电子输运，北京：清华大学出版社，1995。[13] Rupan Preet Kaur，Ravinder Singh Sawhney，Derick Engles，Mol.Phys.（2016）1197431. http://dx.doi.org/10.1080/00268976网站。[14] 李文，李晓刚，李晓刚，等.金属间化合物的电化学性质.北京：科学出版社，2000。多尺度模型05（02）（2014）1350009。[15] T. Tada，D. 野崎，M.孔多河滨山湾吉泽，振荡的碳梯化合物的分子结的电导，J。Am. Soc.126（2004）14182[16] W. Tian，S.达塔河，西-地洪河，巴西-地Reifenberger，J.I.Henderson，C.P. 库比亚，分子线的电导谱，J. Chem. Phys. 109（1998）2874。[17] T.R. 奥诺岛，澳-地Chen，S.E.哈维，G.H.克罗尔，J.H.R.E.韦弗豪夫勒R.E. 王志华，金属与半导体表面的C60键结与能级排列，物理评论B 44（1991）13747。[18] F. Chen，N.J Tao，Electron transfer in single molecules：frombenzene tographene，Acc.Chem.Res.42（3）（2009）429-438.[19] S. Kaneko，T. Nakazumi，M.Kiguchi，J.Phys. Chem. Lett. 1（2010）3520。[20] P. Hohenberg，W. Kohn，Phys.Rev. 136（1964）B864。[21]W. Kohn，L.J. Sham，Phys. Rev. 140（1965）A1133.[22] S.H. Ke，H.U. 巴朗热杨，J.Chem. Phys. 122（2005）074704。[23] J. 泰勒，M. Brandbyge，K.Stokbro，游览钢丝中的整流理论：电极耦合的作用，物理。Rev. Lett. 89（13）（2002）138301。[24] N.D. Lang，原子线的电阻，物理。Rev. B 52（1995）5335。
我的内容管理
展开
