近日,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所黃青研究員團隊成功開發(fā)出一種集成表面增強拉曼散射(SERS)與比色檢測的雙模式柔性水凝膠傳感器,可實現(xiàn)對肺癌揮發(fā)性有機化合物(VOC)生物標(biāo)志物己醛的超靈敏檢測,為肺癌早期無創(chuàng)篩查提供了新的解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊《化學(xué)工程雜志》上。
肺癌早期診斷對提升治愈率至關(guān)重要,然而現(xiàn)有影像學(xué)方法存在設(shè)備依賴性強、成本高等局限,難以普及應(yīng)用。呼吸組學(xué)通過分析呼出氣中揮發(fā)性有機物(VOCs)為無創(chuàng)篩查提供了新路徑,其中己醛是一種具有高特異性的潛在生物標(biāo)志物,但如何實現(xiàn)其低濃度精準(zhǔn)檢測是關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
針對這一挑戰(zhàn),研究團隊成功研制了一種基于銀納米立方體包覆鈷鎳層狀雙氫氧化物(AgNCs@Co-Ni LDH)的雙模式水凝膠傳感貼片。該材料兼具優(yōu)異表面增強拉曼散射(SERS)效應(yīng)和吸附性能。將其與顯色劑MBTH共同固定于瓊脂糖水凝膠中,當(dāng)接觸含己醛氣體時,MBTH與己醛發(fā)生特異性反應(yīng),既產(chǎn)生肉眼可辨的藍色變化,用于比色分析,又可生成強SERS信號,實現(xiàn)雙模式交叉驗證,顯著提高可靠性。
該傳感器表現(xiàn)卓越:SERS檢測限低至3.34×10?13 M,比色檢測在1×10?12 M至1×10?? M范圍內(nèi)線性良好,兼具超高靈敏度與寬檢測范圍。水凝膠三維多孔結(jié)構(gòu)有效穩(wěn)定材料、促進氣體吸附與反應(yīng),將檢測時間縮短至1.5分鐘。團隊還開發(fā)了配套的智能手機圖像識別系統(tǒng)“ColorSeek”,通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)實現(xiàn)比色結(jié)果的自動分析。在臨床驗證中,該系統(tǒng)對肺癌患者與健康人呼出氣樣本實現(xiàn)了精確區(qū)分,模型分類準(zhǔn)確率超過95%,AUC值達0.998,說明該傳感器能準(zhǔn)確區(qū)分肺癌患者與健康人群的呼出氣體樣本,展示其臨床應(yīng)用潛力。
該研究為肺癌早期無創(chuàng)篩查提供了創(chuàng)新工具,并為其他疾病VOC標(biāo)志物檢測技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。此項研究與東南大學(xué)、波蘭國家核研究中心等多家單位合作,并得到國家自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)院2025年專項交流計劃等項目的資助。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168343
構(gòu)建AgNCs@Co-Ni LDH為功能基質(zhì)的水凝膠傳感貼片,
通過SERS與比色雙模測量方式檢測痕量VOC氣體標(biāo)志物,
并結(jié)合智能手機以及相關(guān)深度學(xué)習(xí)算法,以應(yīng)用于肺癌無創(chuàng)早篩。
新聞鏈接:http://www.hf.cas.cn/kxyj/kyjz/202509/t20250928_7981580.html