This paper provides a simple hybrid design and numerical analysis of the graphene-coated fiber-optic surface plasmon resonance (SPR) biosensor for breast cancer gene-1 early onset (BRCA1) and breast cancer gene-2 early onset (BRCA2) genetic breast cancer detection. Two specific mutations named 916delTT and 6174delT in the BRCA1 and BRCA2 are selected for numerical detection of breast cancer. This sensor is based on the technique of the attenuated total reflection (ATR) method to detect deoxyribonucleic acid (DNA) hybridization along with individual point mutations in BRCA1 and BRCA2 genes. We have numerically shown that momentous changes present in the SPR angle (minimum: 135% more) and surface resonance frequency (SRF) (minimum: 136% more) for probe DNA with various concentrations of target DNA corresponding to a mutation of the BRCA1 and BRCA2 genes. The variation of the SPR angle and SRF for mismatched DNA strands is quite negligible, whereas that for complementary DNA strands is considerable, which is essential for proper detection of genetic biomarkers (916delTT and 6174delT) for early breast cancer. At last, the effect of electric field distribution in inserting graphene layer is analyzed incorporating the finite difference time domain (FDTD) technique by using Lumerical FDTD solution commercial software. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of such a highly efficient biosensor for detecting BRCA1 and BRCA2 breast cancer. Therefore, the proposed biosensor opens a new window toward the detection of breast cancers.

中文翻译：

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用于BRCA1和BRCA2乳腺癌生物标志物检测的石墨烯涂层光纤SPR生物传感器：基于数值设计的分析

本文为乳腺癌基因1早期发作（BRCA1）和乳腺癌基因2早期发作（BRCA2）遗传乳腺癌提供了石墨烯涂层光纤表面等离子体激元共振（SPR）生物传感器的简单混合设计和数值分析检测。选择了BRCA1和BRCA2中名为916delTT和6174delT的两个特定突变，用于乳腺癌的数字检测。该传感器基于衰减全反射（ATR）方法的技术来检测脱氧核糖核酸（DNA）杂交以及BRCA1和BRCA2基因中的单个点突变。我们已经从数值上表明，SPR角（最小值：大于135％）和表面共振频率（SRF）（最小值：对于具有不同浓度目标DNA的探针DNA的探针DNA，其浓度对应于BRCA1和BRCA2基因的突变。不匹配的DNA链的SPR角和SRF的变化可以忽略不计，而互补的DNA链的SPR角和SRF的变化则可忽略不计，这对于正确检测早期乳腺癌的遗传生物标记（916delTT和6174delT）至关重要。最后，利用Lumerical FDTD解决方案商用软件，结合有限时域（FDTD）技术，分析了石墨烯层中电场分布的影响。据我们所知，这是用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的这种高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。不匹配的DNA链的SPR角和SRF的变化可以忽略不计，而互补的DNA链的SPR角和SRF的变化则可忽略不计，这对于正确检测早期乳腺癌的遗传生物标记（916delTT和6174delT）至关重要。最后，利用Lumerical FDTD解决方案商业软件，结合有限时域（FDTD）技术，分析了石墨烯层中电场分布的影响。据我们所知，这是用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的这种高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。不匹配的DNA链的SPR角和SRF的变化可以忽略不计，而互补的DNA链的SPR角和SRF的变化则可忽略不计，这对于正确检测早期乳腺癌的遗传生物标记（916delTT和6174delT）至关重要。最后，利用Lumerical FDTD解决方案商业软件，结合有限时域（FDTD）技术，分析了石墨烯层中电场分布的影响。据我们所知，这是用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的这种高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。这对于正确检测早期乳腺癌的遗传生物标记（916delTT和6174delT）至关重要。最后，利用Lumerical FDTD解决方案商用软件，结合有限时域（FDTD）技术，分析了石墨烯层中电场分布的影响。据我们所知，这是用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的这种高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。这对于正确检测早期乳腺癌的遗传生物标记（916delTT和6174delT）至关重要。最后，利用Lumerical FDTD解决方案商用软件，结合有限时域（FDTD）技术，分析了石墨烯层中电场分布的影响。据我们所知，这是这种用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。据我们所知，这是这种用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。据我们所知，这是这种用于检测BRCA1和BRCA2乳腺癌的高效生物传感器的首次展示。因此，提出的生物传感器为乳腺癌的检测打开了新的窗口。