近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所黃青研究員團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種集成表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）與比色檢測(cè)的雙模式柔性水凝膠傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）生物標(biāo)志物己醛的超靈敏檢測(cè)，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(guó)際權(quán)威期刊Chemical Engineering Journal上。
肺癌早期診斷對(duì)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(qiáng)、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(jī)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(shí)現(xiàn)其低濃度精準(zhǔn)檢測(cè)是關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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(shí)，MBTH與己醛發(fā)生特異性反應(yīng)，既產(chǎn)生肉眼可辨的藍(lán)色變化，用于比色分析，又可生成強(qiáng)SERS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙模式交叉驗(yàn)證，顯著提高可靠性。
該傳感器表現(xiàn)卓越：SERS檢測(cè)限低至3.34×10?13 M，比色檢測(cè)在1×10?12 M至1×10?7 M范圍內(nèi)線性良好，兼具超高靈敏度與寬檢測(cè)范圍。水凝膠三維多孔結(jié)構(gòu)有效穩(wěn)定材料、促進(jìn)氣體吸附與反應(yīng)，將檢測(cè)時(shí)間縮短至1.5分鐘。團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了配套的智能手機(jī)圖像識(shí)別系統(tǒng)“ColorSeek”，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）實(shí)現(xiàn)比色結(jié)果的自動(dòng)分析。在臨床驗(yàn)證中，該系統(tǒng)對(duì)肺癌患者與健康人呼出氣樣本實(shí)現(xiàn)了精確區(qū)分，模型分類準(zhǔn)確率超過95%，AUC值達(dá)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(cè)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究與東南大學(xué)、波蘭國(guó)家核研究中心等多家單位合作，并得到國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)科學(xué)院2025年專項(xiàng)交流計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168343
圖片說明：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(cè)量方式檢測(cè)痕量VOC氣體標(biāo)志物，并結(jié)合智能手機(jī)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。
