Early cancer diagnosis strongly relies on finding appropriate materials for the detection of respected biomarkers. For the first time, we have theoretically investigated the capability of the MoSe2 monolayer to detect three lung cancer biomarkers, including hexanal, nonanal, and p-cresol. To this end, adsorption performance, bandgap alteration, and charge transfer of the MoSe2 monolayer upon exposure to the three biomarkers were studied using density functional theory. The results, in all cases, indicate that the charge transfer is from the monolayer to the adsorbed biomarkers, and the adsorption of biomarkers decreases the bandgap of the monolayer, approving the p-type sensing character of the MoSe2 monolayer. This is in complete agreement with the band structure analysis of the material and the previous reports in the literature. Our findings demonstrated the appropriate performance of the MoSe2 monolayer in terms of the physisorption of the lung cancer biomarkers and desirable recovery times in the desorption process. Further performance enhancement of MoSe2 as a lung cancer biosensor can be the subject of future studies.

1.
L.
Seguin
,
M.
Durandy
, and
C. C.
Feral
,
Cancers
14
,
1759
(
2022
).
2.
A.
Roointan
,
T. A.
Mir
,
S. I.
Wani
,
Mati-ur-Rehman
,
K. K.
Hussain
,
B.
Ahmed
,
S.
Abrahim
,
A.
Savardashtaki
,
G.
Gandomani
,
M.
Gandomani
,
R.
Chinnappan
, and
M. H.
Akhtar
,
J. Pharm. Biomed. Anal.
164
,
93
(
2019
).
3.
Z.
Wang
,
R.
Qiao
,
N.
Tang
,
Z.
Lu
,
H.
Wang
,
Z.
Zhang
,
X.
Xue
,
Z.
Huang
,
S.
Zhang
,
G.
Zhang
, and
Y.
Li
,
Biomaterials
127
,
25
(
2017
).
4.
A.
Hallqvist
,
C.
Alverbratt
,
A.
Strandell
,
O.
Samuelsson
,
E.
Björkander
,
A.
Liljegren
, and
P.
Albertsson
,
Radiother. Oncol.
123
,
71
(
2017
).
5.
A.
Khanmohammadi
,
A.
Aghaie
,
E.
Vahedi
,
A.
Qazvini
,
M.
Ghanei
,
A.
Afkhami
,
A.
Hajian
, and
H.
Bagheri
,
Talanta
206
,
120251
(
2020
).
6.
M.
Luo
,
T.
Fan
,
Y.
Zhou
,
H.
Zhang
, and
L.
Mei
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1808306
(
2019
).
7.
J.
Zhao
,
D.
Ma
,
C.
Wang
,
Z.
Guo
,
B.
Zhang
,
J.
Li
,
G.
Nie
,
N.
Xie
, and
H.
Zhang
,
Nano Res.
14
,
897
(
2021
).
8.
Y.
Tian
,
H.
Xiao
,
Y.
Yang
,
P.
Zhang
,
J.
Yuan
,
W.
Zhang
,
L.
Chen
,
Y.
Fan
,
J.
Zhang
,
H.
Cheng
,
T.
Deng
,
L.
Yang
,
W.
Wang
,
G.
Chen
,
P.
Wang
,
P.
Gong
,
X.
Niu
, and
X.
Zhang
,
Mol. Cancer
22
,
1
(
2023
)..
9.
S.
Liu
,
Q.
Li
,
K.
Chen
,
Q.
Zhang
,
G.
Li
,
L.
Zhuo
,
B.
Zhai
,
X.
Sui
,
X.
Hu
, and
T.
Xie
,
Biomed. Pharmacother.
127
,
110098
(
2020
).
10.
G.
Yang
,
Z.
Xiao
,
C.
Tang
,
Y.
Deng
,
H.
Huang
, and
Z.
He
,
Biosens. Bioelectron.
141
,
111416
(
2019
).
11.
B.
Bohunicky
and
S. A.
Mousa
,
Nanotechnol. Sci. Appl.
4,
1
(
2010
).
12.
C.
Lin
,
S.
Liang
,
Y.
Li
,
Y.
Peng
,
Z.
Huang
,
Z.
Li
,
Y.
Yang
, and
X.
Luo
,
Biosens. Bioelectron.
211
,
114372
(
2022
).
13.
M.
Woollam
,
M.
Teli
,
P.
Angarita-Rivera
,
S.
Liu
,
A. P.
Siegel
,
H.
Yokota
, and
M.
Agarwal
,
Sci. Rep.
9
,
2526
(
2019
).
14.
L.
Gao
,
Z.
Wen
,
C.
Wu
,
T.
Wen
, and
C. N.
Ong
,
Metabolites
3
,
539
(
2013
).
15.
E.
Krauss
,
J.
Haberer
,
G.
Barreto
,
M.
Degen
,
W.
Seeger
, and
A.
Guenther
,
J Breath Res.
14
,
046004
(
2020
).
16.
R.
Vissapragada
,
N.
Dharmawardhana
,
D.
Watson
, and
R.
Yazbek
,
Dis. Esophagus
33
,
doaa087
(
2020
).
17.
R. P.
Arasaradnam
,
M. J.
McFarlane
,
C.
Ryan-Fisher
,
E.
Westenbrink
,
P.
Hodges
,
M. G.
Thomas
,
S.
Chambers
,
N.
O'Connell
,
C.
Bailey
,
C.
Harmston
,
C. U.
Nwokolo
,
K. D.
Bardhan
, and
J. A.
Covington
,
PLoS One
9
,
e108750
(
2014
)..
18.
Z.
Rafiee
,
A.
Mosahebfard
, and
M. H.
Sheikhi
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
115
,
105116
(
2020
).
19.
Z.
Rafiee
,
A.
Mosahebfard
, and
M. H.
Sheikhi
,
Synthesis and Preparation of ZnO NWs for Glucose Biosensing
(
IEEE
,
2017
), p.
455
.
20.
L.
Zhou
,
Y.
Liu
,
H.
Sun
,
H.
Li
,
Z.
Zhang
, and
P.
Hao
,
Sens. Actuators, B
369
,
132315
(
2022
).
21.
F.
Vernia
,
M.
Valvano
,
S.
Fabiani
,
G.
Stefanelli
,
S.
Longo
,
A.
Viscido
, and
G.
Latella
,
Cancers
13
,
2361
(
2021
).
22.
M.
Rosellini
,
A.
Marchetti
,
V.
Mollica
,
A.
Rizzo
,
M.
Santoni
, and
F.
Massari
,
Nat. Rev. Urol.
20(3), 133–157 (
2022
).
23.
F.
Gouzerh
,
J.-M.
Bessière
,
B.
Ujvari
,
F.
Thomas
,
A. M.
Dujon
, and
L.
Dormont
,
Biochim. Biophys. Acta
1877
,
188644
(
2022
).
24.
J.
Giró Benet
,
M.
Seo
,
M.
Khine
,
J.
Gumà Padró
,
A.
Pardo Martnez
, and
F.
Kurdahi
,
Sci. Rep.
12
,
14873
(
2022
).
25.
R.
Kurapati
,
K.
Kostarelos
,
M.
Prato
, and
A.
Bianco
,
Adv. Mater.
28
,
6052
(
2016
).
26.
M. J.
Molaei
,
J. Drug Delivery Sci. Technol.
61
,
101830
(
2021
).
27.
P.
Gao
,
Y.
Xiao
,
Y.
Wang
,
L.
Li
,
W.
Li
, and
W.
Tao
,
J. Nanobiotechnol.
19
,
1
(
2021
).
28.
H.
Zhang
,
T.
Fan
,
W.
Chen
,
Y.
Li
, and
B.
Wang
,
Bioact Mater.
5
,
1071
(
2020
).
29.
H.
Zhang
,
W.
Zeng
,
C.
Pan
,
L.
Feng
,
M.
Ou
,
X.
Zeng
,
X.
Liang
,
M.
Wu
,
X.
Ji
, and
L.
Mei
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1903791
(
2019
).
30.
T.
Chen
,
W.
Zeng
,
C.
Tie
,
M.
Yu
,
H.
Hao
,
Y.
Deng
,
Q.
Li
,
H.
Zheng
,
M.
Wu
, and
L.
Mei
,
Bioact Mater.
10
,
515
(
2022
).
31.
C.
Lin
,
H.
Hao
,
L.
Mei
, and
M.
Wu
,
Smart Mater. Med.
1
,
150
(
2020
).
32.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
33.
M.
Pumera
and
A. H.
Loo
,
Trends Anal. Chem.
61
,
49
(
2014
).
34.
S.
Larentis
,
B.
Fallahazad
, and
E.
Tutuc
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
223104
(
2012
).
35.
J. A.
Wilson
and
A.
Yoffe
,
Adv. Phys.
18
,
193
(
1969
).
36.
Y.
Zhang
,
Q.
Gong
,
L.
Li
,
H.
Yang
,
Y.
Li
, and
Q.
Wang
,
Nano Res.
8
,
1108
(
2015
).
37.
D.
Sun
,
S.
Feng
,
M.
Terrones
, and
R. E.
Schaak
,
Chem. Mater.
27
,
3167
(
2015
).
38.
F.
Jiang
,
W.-S.
Zhao
, and
J.
Zhang
,
Microelectron. Eng.
225
,
111279
(
2020
).
39.
D.
Zhang
,
Q.
Li
,
P.
Li
,
M.
Pang
, and
Y.
Luo
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
616
(
2019
).
40.
J.
Baek
,
D.
Yin
,
N.
Liu
,
I.
Omkaram
,
C.
Jung
,
H.
Im
,
S.
Hong
,
S. M.
Kim
,
Y. K.
Hong
,
J.
Hur
,
Y.
Yoon
, and
S.
Kim
,
Nano Res.
10
,
1861
(
2017
)..
41.
Z.
Yang
,
D.
Zhang
, and
D.
Wang
,
Sens. Actuators, B
304
,
127369
(
2020
).
42.
S.
Zhang
,
W.
Zhang
,
T. H.
Nguyen
,
J.
Jian
, and
W.
Yang
,
Mater. Chem. Phys.
222
,
139
(
2019
).
43.
X.
Liu
,
Y.
Wu
,
H.
Sun
,
S.
Sun
,
Y.
Ren
,
X.
Tan
, and
H.
Jia
,
Comput. Mater. Sci.
162
,
186
(
2019
).
44.
A.
Mosahebfard
,
R.
Safaiee
, and
M. H.
Sheikhi
,
Pramana
93
,
1
(
2019
).
45.
H.
Karim
,
Shahnaz
,
M.
Batool
,
M.
Yaqub
,
M.
Saleem
,
M. A.
Gilani
, and
S.
Tabassum
,
Appl. Surf. Sci.
596
,
153618
(
2022
).
46.
M. A.
Ibrahim
,
A.-s. S. M.
Rady
,
A. M. A.
Mandarawe
,
L. A.
Mohamed
,
A. M.
Shawky
,
T. H. A.
Hasanin
,
P. A.
Sidhom
,
M. E. S.
Soliman
, and
N. A. M.
Moussa
,
Pharmaceuticals
15
,
1181
(
2022
).
47.
A.
Aasi
,
E.
Aasi
,
S.
Mehdi Aghaei
, and
B.
Panchapakesan
,
Sensors
22
,
3178
(
2022
).
48.
Y.
Saalberg
and
M.
Wolff
,
Clin. Chim. Acta
459
,
5
(
2016
).
49.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
50.
P.
Giannozzi
,
S.
Baroni
,
N.
Bonini
,
M.
Calandra
,
R.
Car
,
C.
Cavazzoni
,
D.
Ceresoli
,
G. L.
Chiarotti
,
M.
Cococcioni
,
I.
Dabo
,
A.
Dal Corso
,
S.
de Gironcoli
,
S.
Fabris
,
G.
Fratesi
,
R.
Gebauer
,
U.
Gerstmann
,
C.
Gougoussis
,
A.
Kokalj
,
M.
Lazzeri
,
L.
Martin-Samos
,
N.
Marzari
,
F.
Mauri
,
R.
Mazzarello
,
S.
Paolini
,
A.
Pasquarello
,
L.
Paulatto
,
C.
Sbraccia
,
S.
Scandolo
,
G.
Sclauzero
,
A. P.
Seitsonen
,
A.
Smogunov
,
P.
Umari
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
395502
(
2009
).
51.
N.
Marzari
,
D.
Vanderbilt
,
A.
De Vita
, and
M. C.
Payne
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3296
(
1999
).
52.
H. J.
Monkhorst
and
J. D.
Pack
,
Phys. Rev. B
13
,
5188
(
1976
).
53.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
S.
Ehrlich
, and
H.
Krieg
,
J. Chem. Phys.
132
,
154104
(
2010
).
54.
L.
Goerigk
,
Non-covalent Interactions in Quantum Chemistry and Physics
(Elsevier,
2017
), p.
195
.
55.
E.
Caldeweyher
,
S.
Ehlert
,
A.
Hansen
,
H.
Neugebauer
,
S.
Spicher
,
C.
Bannwarth
, and
S.
Grimme
, (
2019
).
56.
Y.
Ma
,
Y.
Dai
,
M.
Guo
,
C.
Niu
,
J.
Lu
, and
B.
Huang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
15546
(
2011
).
57.
V.
Nagarajan
and
R.
Chandiramouli
,
J. Mol. Graphics Modell.
81
,
97
(
2018
).
58.
T.
Liu
,
Z.
Cui
,
X.
Li
,
H.
Cui
, and
Y.
Liu
,
ACS Omega
6
,
988
(
2021
).
59.
X.
Chen
,
X.
Chen
,
Y.
Han
,
C.
Su
,
M.
Zeng
,
N.
Hu
,
Y.
Su
,
Z.
Zhou
,
H.
Wei
, and
Z.
Yang
,
Nanotechnology
30
,
445503
(
2019
).
60.
R. K.
Jha
,
J. V.
D’Costa
,
N.
Sakhuja
, and
N.
Bhat
,
Sens. Actuators, B
297
,
126687
(
2019
).
61.
H.
Salehi
,
M.
Moaddeli
, and
P.
Amiri
,
Surf. Sci.
647
,
96
(
2016
).
62.
K.
Momma
and
F.
Izumi
,
J. Appl. Crystallogr.
44
,
1272
(
2011
).
63.
A.
Mosahebfard
,
H. D.
Jahromi
, and
M. H.
Sheikhi
,
IEEE Sensors J.
16
,
4174
(
2016
).
64.
U.
Srimathi
,
V.
Nagarajan
, and
R.
Chandiramouli
,
Appl. Surf. Sci.
475
,
990
(
2019
).
65.
S. S.
Dalgic
,
Z. H.
Al-Sawaff
,
S.
Dalgic
, and
F.
Kandemirli
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
158
,
107360
(
2023
).
66.
H.
Roshan
,
A.
Mosahebfard
, and
M. H.
Sheikhi
,
IEEE Sensors J.
18
,
1940
(
2018
).
67.
H.
Cui
,
G.
Zhang
,
X.
Zhang
, and
J.
Tang
,
Nanoscale Adv.
1
,
772
(
2019
).
68.
Y.-H.
Zhang
,
Y.-B.
Chen
,
K.-G.
Zhou
,
C.-H.
Liu
,
J.
Zeng
,
H.-L.
Zhang
, and
Y.
Peng
,
Nanotechnology
20
,
185504
(
2009
).
69.
S.
Peng
,
K.
Cho
,
P.
Qi
, and
H.
Dai
,
Chem. Phys. Lett.
387
,
271
(
2004
).
You do not currently have access to this content.