基于SiO2@Au核壳二聚体结构的LSPR增强型乳腺癌标志物超灵敏检测新策略

　　本文提出一种基于黄金比例（φ）优化设计的SiO2@Au核壳纳米二聚体结构，通过有限时域差分法（FDTD）仿真证实其可实现1.9×103倍电场增强，检测限低至6.28×10-6 RIU，为乳腺癌无标记（LSPR）生物传感提供了突破性解决方案。

　　

Section snippets

FDTD based simulation

有限时域差分法（FDTD）是一种先进的电磁波与物质相互作用数值模拟技术。"有限差分"指通过将纳米颗粒等研究对象划分为微观网格单元来近似现实世界的方法。FDTD在每个网格点求解方程，最终形成...

Single SiO2@Au core-shell nanoparticle

本节探究黄金比例（GR）在优化SiO₂@Au核壳纳米颗粒半径中的作用。我们旨在获得能确保纳米颗粒与入射光最大相互作用的最佳核壳构型。本研究采用黄金比例出于双重目的：(1) 探索其在核壳纳米颗粒优化中的可行性——鉴于GR广泛存在于自然界且展现重要设计范式；(2) 为跨领域研究者（如生物学、化学等）提供无需复杂计算资源的快速优化路径。需要说明的是，虽然银比金具有更强的等离子体特性（因其等离子共振峰更锐利、更强烈），但我们选择金作为壳层材料基于两大考量：一方面金具有更好的化学稳定性且抗氧化能力远胜于银（银在生物水性环境中易氧化导致性能衰减）；另一方面金拥有更成熟的生物分子修饰技术平台，这对LSPR生物传感器构建至关重要。

Conclusion

本研究揭示了SiO₂@Au核壳二聚体在乳腺癌表面增强拉曼散射（SERS）检测中的巨大潜力。通过黄金比例优化获得核心半径15.45nm/壳层半径25nm的最佳单颗粒构型，实现170nm/RIU灵敏度和0.81×10^-6 RIU检测限。基于此构建的二聚体结构在热点区域产生显著电场增强效应，为高精度乳腺癌诊断和治疗效益预测开辟了新途径。

Declaration of competing interest

无利益冲突声明

Acknowledgments

本研究由摩洛哥国家教育部、职业培训与科研部（MENFPESRS）、国家科技研究中心（CNRST）及数字发展署（ADD）共同资助（ALKHAWARIZMI项目编号449）。