算法协助全面优化SPR传感器,以实现单分子检测
Tingting Liu1, Shiqi Hu2, Shilei Ding3
1Department of Optoelectronic Engineering, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou, 510632, PR China; Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Jinan University, Guangzhou, 510632, PR China; Guangdong Provincial Engineering Research Center for Electrical and Intelligent Control, Zhuhai, Guangdong 519070, China.
Biosensors & bioelectronics
|August 14, 2025
概括
这项研究增强了表面等离子体共振 (SPR) 生物传感器,用于超敏感的单分子检测. 多目标优化显著提高了灵敏度,并降低了生物化学分析的检测极限.
科学领域:
- 生物化学 生物化学
- 生物传感技术的技术
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 单分子检测对于理解分子相互作用至关重要.
- 表面等离子体共振 (SPR) 生物传感器提供无标签,快速监测,但在低分析物度下扎.
- 检测单个分子需要高度敏感和优化的生物传感平台.
研究的目的:
- 为了提高无标签SPR生物传感器的性能,用于单分子检测.
- 改进关键的传感指标,如灵敏度,功率数字 (FOM) 和共振潜水深度.
- 通过优化设计参数选择来减轻处理错误.
主要方法:
- 采用多目标优化策略来提高SPR生物传感器的性能.
- 使用K-means聚类来确定最佳设计参数.
- 优化的SPR生物传感器使用小鼠免疫球蛋白G (IgG) 进行了验证.
主要成果:
- 在折射率敏感度 (+230.22%),FOM (+110.94%) 和共振深度 (DFOM, +90.85%) 中观察到显著改善.
- 获得了24.482.86nm/RIU. 的散装折射率灵敏度.
- 证明了广泛的线性动态范围 (fg/mL至μg/mL) 和54 ag/mL (0.36 aM) 的低检测极限 (LOD).
结论:
- 多目标粒子群优化策略为SPR生物传感器优化提供了一种高效的方法.
- 这种方法显著提高了超敏感单分子检测能力.
- 优化的SPR生物传感器具有非常低的LOD,适用于各种生化应用.
