基于双抗体夹心结构SERS免疫传感器与人工智能协同实现癌胚抗原的超灵敏检测

本研究创新性地将表面增强拉曼散射(SERS)技术与人工智能(AI)算法相结合，构建了Au NPs/4-MBA/Ab1/CEA/Ab2/Ag10/Cu55/PSS"三明治"结构免疫传感器。通过支持向量机(SVM)、卷积神经网络(CNN)和Transformer模型对癌胚抗原(CEA)拉曼数据进行智能分析，其中Transformer模型分类准确率达99.06%，为结直肠癌等恶性肿瘤的早期诊断提供了高灵敏度(0.1-1000 ng/mL)、高特异性的新型检测方案。

　　

Highlight

本研究开发了基于Au NPs/4-MBA/Ab₁/CEA/Ab₂/Ag₁₀/Cu₅₅/PSS结构的高灵敏度SERS免疫传感平台，结合人工智能技术，实现了对癌胚抗原(CEA)的高灵敏度早期识别和精确定量分析。该平台利用抗原-抗体的特异性识别机制有效捕获CEA分子，Au/Ag/Cu多金属界面结构能在纳米间隙产生局域电磁场增强效应，显著提升检测灵敏度。

Materials and instruments

银靶材(直径60.0 mm，纯度99.99%)和铜靶材(直径60.0 mm，纯度99.99%)购自南昌汉宸新材料技术公司。蓝宝石衬底(PSS)购自上海典范光学材料公司。4-氨基苯硫酚(4-ATP)、4-巯基苯甲酸(4-MBA)、牛血清白蛋白(BSA)等试剂均采用标准生化试剂。

Topography and structure

扫描电镜显示PSS表面具有均匀排列的晶体结构(图S1)，为电磁增强提供了理想的"热点"区域。通过磁控溅射技术在PSS表面沉积的Ag₁₀/Cu₅₅异质结构(图S2)展现出优异的等离子体共振特性，X射线衍射谱证实了面心立方结构的成功构建(图S3)。

Conclusion

该传感平台在0.1-1000 ng/mL范围内呈现优异线性关系，Transformer模型展现出99.06%的分类准确率。这种纳米光子传感与深度学习算法的协同创新，为通过非侵入性体液分析实现癌症早期检测带来了突破性进展。