近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所传感中心陈艳研究员团队与香港大学李文迪教授团队，在梯度纳米等离子成像超构表面传感器的生化应用方向取得新进展。相关研究成果以“Gradient nanoplasmonic imaging metasurface for rapid and label-free detection of SARS-CoV-2 sequences”为题，发表在生化领域的高水平期刊《Talanta》 上。深圳先进院冯鸿涛副研究员和香港大学的闵思怡博士为论文共同第一作者，陈艳研究员和李文迪教授为论文的通讯作者。

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论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914024009123

自COVID-19大流行以来，公共卫生体系面临了严峻的挑战，病例和死亡人数激增，对快速、准确、低成本的诊断工具的需求急剧增加。尽管纳米光子超构表面生物传感器凭借其独特的光学操控能力和对折射率变化的高度敏感性，成为了新的研究热点。然而，传统超构表面传感器仍高度依赖昂贵的光谱仪设备，这大大限制它们在实际应用中的普及。因此，高灵敏、无光谱仪和经济高效的新型传感策略在现场检测的应用中具有极大的潜力。

图：检测原理示意图

为此，研究团队设计并开发了一种梯度纳米等离子成像（GNI）超构表面传感器，开创性地提出了一种光学势阱的新概念，实现了对SARS-CoV-2序列的无标记和一步式检测。该传感器的核心元件由一系列直径渐变的纳米柱阵列构成，这些纳米柱共同构筑了一个独特的光学势阱，能够在厘米级尺度上生成清晰可见的暗环图案。这一精心设计的动态光学势阱对传感器局部折射率的变化呈现出极高的灵敏度，其图案变化可通过高灵敏度的CCD相机实时捕获并记录。此外，研究团队通过设计精确的核酸探针，成功地在目标序列存在时将纳米金颗粒（AuNPs）锚定在传感器表面。这一纳米金信号增强策略显著提高了传感器对折射率变化的响应，使得原本微量的折射率变动转化为显著的图案变化，从而大大提升了检测的灵敏度，并展示出极高的特异性。

图：工作范围和特异性能展示

这种新型的成像检测方案无需使用复杂光谱仪装置，不仅降低了设备成本，还促进了便携式现场诊断工具的发展，为COVID-19及其他传染病的精准诊断提供了新途径，并在生物标志物检测领域具有广阔的应用前景。

该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基金委、深圳市科技创新委、香港研究资助局等多个项目经费的资助。