The molecular origin of the electrostatic gating of single-molecule field-effect biosensors investigated by molecular dynamics simulations
Notice bibliographique
Résumé
Field-effect biosensors (bioFETs) offer a novel way to measure the kinetics of biomolecular events such as protein function and DNA hybridization at the single-molecule level on a wide range of time scales. These devices generate an electrical current whose fluctuations are correlated to the kinetics of the biomolecule under study. BioFETs are indeed highly sensitive to changes in the electrostatic potential (ESP) generated by the biomolecule. Here, using all-atom solvent explicit molecular dynamics simulations, we further investigate the molecular origin of the variation of this ESP for two prototypical cases of proteins or nucleic acids attached to a carbon nanotube bioFET: the function of the lysozyme protein and the hybridization of a 10-nt DNA sequence, as previously done experimentally. Our results show that the ESP changes significantly on the surface of the carbon nanotube as the state of these two biomolecules changes. More precisely, the ESP distributions calculated for these molecular states explain well the magnitude of the conductance fluctuations measured experimentally. The dependence of the ESP with salt concentration is found to agree with the reduced conductance fluctuations observed experimentally for the lysozyme, but to differ for the case of DNA, suggesting that other mechanisms might be at play in this case. Furthermore, we show that the carbon nanotube does not impact significantly the structural stability of the lysozyme, corroborating that the kinetic rates measured using bioFETs are similar to those measured by other techniques. For DNA, we find that the structural ensemble of the single-stranded DNA is significantly impacted by the presence of the nanotube, which, combined with the ESP analysis, suggests a stronger DNA-device interplay. Overall, our simulations strengthen the comprehension of the inner working of field-effect biosensors used for single-molecule kinetics measurements on proteins and nucleic acids.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».