近日，中國科學院合肥物質(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。相關研究成果發(fā)表于國際權威期刊Chemical Engineering Journal上。
肺癌早期診斷對提升治愈率至關重要，然而現(xiàn)有影像學方法存在設備依賴性強、成本高等局限，難以普及應用。呼吸組學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志物，但如何實現(xiàn)其低濃度精準檢測是關鍵技術瓶頸。
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，當接觸含己醛氣體時，MBTH與己醛發(fā)生特異性反應，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?7 M范圍內(nèi)線性良好，兼具超高靈敏度與寬檢測范圍。水凝膠三維多孔結構有效穩(wěn)定材料、促進氣體吸附與反應，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（CNN）實現(xiàn)比色結果的自動分析。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，模型分類準確率超過95%，AUC值達0.998，說明該傳感器能準確區(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標志物檢測技術的發(fā)展奠定了堅實基礎。此項研究與東南大學、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基金以及中國科學院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
圖片說明：構建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氣體標志物，并結合智能手機以及相關深度學習算法，以應用于肺癌無創(chuàng)早篩。
