用于检测癌细胞的锑烯涂层均匀腰锥形光纤表面等离子体共振生物传感器的设计与优化

引用

Vikas & Saccomandi, P. 锑烯涂层均匀腰锥形光纤表面等离子体共振生物传感器用于检测癌细胞：设计与优化。ACS Omega，2023，8，4627-4638。

关键词

• 锑烯涂层
• 均腰锥形
• 光纤
• 表面等离子体共振 (SPR)
• 生物传感器
• 癌细胞
• 灵敏度
• 检测精度 (DA)
• 品质因数 (FOM)
• 检测限 (LOD)
• 石墨烯
• 金 (Au)
• 折射率 (RI)
• 传感介质折射率 (SMRI)
• 锥度比 (TR)
• 共振波长 (RW)

简介

本文展示了一种新型石墨烯-锑烯涂层均腰锥形光纤表面等离子体共振生物传感器，可用于癌细胞的早期检测。

摘要

本文介绍了一种可检测不同类型癌细胞的新型生物传感器设计。该生物传感器在均腰锥形光纤表面等离子体共振 (SPR) 结构上采用石墨烯-锑烯涂层。由于锑烯与生物分子具有强大的结合能以及巨大的活性表面积，它能够增强传感器的性能。该传感器的设计和分析基于基于转移矩阵法的仿真平台。

以下是本研究的主要发现：

该生物传感器对折射率 (RI) 变化表现出高灵敏度，在包括生物溶液中发现的RI在内的各种RI范围内均优于其他传感器。
该传感器可有效检测人体内各种癌细胞，特别是RI在1.36至1.4范围内的癌细胞。
本研究分析了锥度比对传感器性能的影响。

研究人员使用以下指标评估了SPR生物传感器的性能：

• 灵敏度：测量传感器检测RI变化的有效性。
• 半峰全宽 (FWHM)：表示传感器区分不同RI值的能力。
• 检测精度 (DA)：评估传感器识别目标分析物的准确性。
• 品质因数 (FOM)：全面衡量传感器的整体性能。
• 检测限 (LOD)：确定可检测到的分析物浓度的最小变化。

数值结果表明，设计的传感器实现了卓越的灵敏度，灵敏度范围为 7.3465 至 15.2414 μm/RIU，可用于检测多种类型的癌症，包括：

• 皮肤癌
• 宫颈癌
• 血癌
• 肾上腺癌

该传感器的最大 FOM 为 131.1525 RIU-1，DA 为 14.2126 μm-1，LOD 为 7.2 × 10-5 RIU。

作者得出结论，该 SPR 传感器具有早期癌症诊断的潜力，并有望推动生物传感技术的进步。

来源：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsomega.2c06037