基于纳米光子生物传感器与深度学习定量的S100B超早期检测技术：EDAS患者临床模型验证

【编辑推荐】针对轻度创伤性脑损伤（mTBI）超早期（≤1小时）生物标志物检测难题，研究团队开发了整合纳米光子生物传感器与深度学习算法（ProSpect）的创新平台，通过脑硬膜动脉血管融通术（EDAS）患者模型实现S100B蛋白1 pg/mL级灵敏度检测，动态范围达1 pg/mL–100 ng/mL（R2=0.9995），较ELISA提升47.6%检出率，为神经创伤即时诊断提供突破性工具。

　　

在神经科学领域，轻度创伤性脑损伤（mTBI）犹如隐匿的"沉默杀手"——全球70%以上的脑损伤病例属于此类，患者初期症状轻微却可能遗留长期认知功能障碍。传统诊断面临两大瓶颈：一是伤后"黄金1小时"内难以获取临床样本，二是现有ELISA技术检测限（LOD=18.75 pg/mL）无法捕捉早期微量S100B蛋白（胶质细胞损伤标志物）的释放。中国人民解放军总医院神经外科团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究，通过革命性的"手术室即实验室"策略，将脑硬膜动脉血管融通术（EDAS）患者转化为理想的人体模型，结合纳米光子芯片与人工智能，破解了这一临床困局。

研究团队采用三项核心技术：①500 nm聚苯乙烯与250 nm硒纳米粒子自组装异质链阵列，实现红通道光学信号放大；②基于ResNet-50架构的ProSpect深度学习框架，通过概率块聚合实现98.08%分类准确率；③利用EDAS手术患者（n=25）建立标准时间节点（术前/术后≤15分钟/术后1小时）的多生物样本（血清、唾液、脑脊液等）队列。

【研究结果】

1. 纳米传感器性能：
   检测限低至1 pg/mL，动态范围跨越5个数量级（1 pg/mL–100 ng/mL），组内变异系数仅4.21%。相较ELISA，47.6%的阴性样本被成功检出。

2. 临床验证发现：
   血清S100B在术后15分钟内显著升高（P<0.001），唾液水平反常下降，尿液浓度保持稳定。多基质检测显示方法间强相关性（R²=0.9884）。

3. AI分析效能：
   ProSpect模型在受试者工作特征曲线下面积（ROC-AUC）达0.999，实现近完美生物标志物分类。

【结论与意义】
该研究开创性地将神经外科手术转化为可控的人体脑损伤模型，验证了纳米光子-AI联用平台的临床适用性。1 pg/mL级灵敏度较现有技术提升近20倍，30分钟快速检测能力满足急诊需求。特别值得注意的是，研究首次揭示EDAS术中S100B的"双相释放"特征，为理解亚临床脑损伤机制提供新视角。这项技术有望在战场救护、运动医学和院前急救场景实现突破，推动神经创伤诊疗进入"超早期分子预警"时代。Jayu Liu和Jianning Zhang等作者强调，该平台可扩展至其他微量生物标志物检测，为精准医疗提供通用技术框架。