在纳米等离子体平台上降低量化不确定性：多功能MoS2集成技术用于精确生物标志物检测

《InfoMat》：Minimizing quantification uncertainty in nanoplasmonic platforms: Multifunctional MoS2-integration for precise biomarker determination

本文提出了一种集成MoS?的表面增强拉曼光谱（SERS）平台，通过原子厚度MoS?作为内标实现信号标准化，显著降低 spot-to-spot RSD至5.29%，同时保持高灵敏度（EF=8.17×101?），并成功应用于尿蛋白早期检测。MoS?的均匀性确保了全平台信号一致性，其与AgNWs的协同作用提升了检测稳定性和定量精度，为生物传感器开发提供了新思路。

　　本研究提出了一种创新的表面增强拉曼散射（SERS）生物传感器平台，通过将二硫化钼（MoS?）与银纳米线（AgNW）结构相结合，显著提高了检测的均匀性和定量精度。SERS技术因其超高灵敏度和独特的指纹光谱特性，在生物传感领域引起了广泛关注，尤其适用于低浓度生物标志物的快速、可靠和高精度检测。然而，SERS平台在定量评估方面面临挑战，主要原因是不同测量点之间以及批次之间的信号强度波动较大，这通常源于设备和测量条件的变化，以及对纳米级金属结构间隙或热点的控制难度。传统方法中，为提高均匀性常采用内部标准（IS）进行信号校正，但往往牺牲了灵敏度，或者缺乏明确的校准依据，导致定量精度不足。

本研究中的MoS?被巧妙地引入为一种具有多重功能的内部标准，不仅增强了平台的均匀性，还提高了定量结果的可靠性。MoS?作为一种二维过渡金属二硫化物，其独特的物理和化学特性使其成为理想的校准材料。通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，研究团队成功在基底上制备了大面积且厚度均匀的MoS?单层薄膜，随后采用热辅助纳米转移印刷（T-nTP）技术，在MoS?表面均匀地堆叠了AgNW阵列。这种结构设计确保了目标分析物和MoS?内部标准在相同的测量条件下受到相同的SERS增强效应影响，从而实现了信号的校正。

在实验验证过程中，研究团队发现，MoS?的拉曼信号强度与分析物浓度之间存在清晰的指数关系，这一特性使得其能够作为有效的内部标准进行定量校正。在测量Rhodamine 6G（R6G）时，MoS?校正后的相对标准偏差（RSD）显著降低至5.29%，这是目前基于MoS?的SERS平台中最低的RSD值。同时，该平台在R6G检测中展现出最高的灵敏度，能够清晰识别低至10?12 M的R6G浓度。对于目标生物标志物——白蛋白（albumin），MoS?校正方法比传统基于硅片的校正方法在RSD上减少了42%，并且在不同的激光条件下均能保持稳定的信号响应，进一步证明了该方法的可靠性。

研究还发现，MoS?的信号强度与白蛋白浓度之间存在可预测的指数关系，这使得定量趋势更加清晰，数据的可分离性提高了4.8倍。这一发现不仅验证了MoS?在SERS平台中的重要性，还表明其在低浓度生物标志物检测中的潜力。在实际应用中，该平台被用于检测人工尿液（AU）中白蛋白的变化，即使在复杂的尿液成分干扰下，仍能清晰检测到低于临床阈值的白蛋白浓度。此外，实验结果与计算趋势高度吻合，偏差低于5.23%，表明该平台具有良好的适用性和稳定性。

为了进一步验证MoS?在SERS平台中的表现，研究团队还检测了多种低浓度生物标志物，包括前列腺特异性抗原（PSA）、血红蛋白、尿酸、黄嘌呤和次黄嘌呤，以及DNA结构。这些实验结果表明，该平台不仅适用于白蛋白的检测，还具备广泛的生物标志物识别能力，具有很高的应用潜力。研究中所采用的MOCVD和T-nTP技术，使得MoS?的厚度均匀性得到了有效保障，而AgNW的均匀印刷则确保了整个平台的均匀性，为实现高精度定量检测奠定了基础。

通过引入MoS?作为内部标准，该平台克服了SERS技术在定量评估中的长期挑战。MoS?的原子厚度使其能够精准地反映SERS增强效应的变化，从而有效校正不同测量点之间的信号波动。这一方法不仅提升了定量的可靠性，还保留了SERS技术的高灵敏度特性，使得平台在保持低浓度检测能力的同时，实现了更高的数据一致性。实验结果显示，MoS?在信号校正方面具有显著优势，尤其是在复杂溶液环境和不同激光条件下均能保持稳定的信号响应，表明其具有良好的通用性。

在实际应用方面，该平台在监测蛋白尿（proteinuria）方面表现出色。蛋白尿是由于肾脏过滤功能受损导致尿液中蛋白质含量异常升高的一种疾病，其早期检测对于疾病的预防和治疗至关重要。传统试纸法在检测低浓度白蛋白方面存在局限性，而本研究的SERS平台能够有效克服这一问题，实现了对低浓度白蛋白的精准识别。此外，该平台还适用于多种生物标志物的检测，展示了其在生物传感领域的广泛适用性。

本研究的成果表明，基于MoS?的SERS平台在提升检测均匀性和定量可靠性方面具有显著优势。通过将MoS?作为内部标准，研究团队不仅解决了传统方法中校正精度不足的问题，还实现了更高的灵敏度和数据分离能力。这些结果为未来生物传感器的发展提供了新的思路，特别是在早期疾病监测和连续生物标志物跟踪方面，具有重要的应用价值。该平台的成功构建和优化，标志着SERS技术在生物医学领域的进一步突破，为实现精准医疗和个性化健康监测提供了强有力的技术支持。