基于SiO2@Au核壳纳米二聚体的LSPR增强传感技术及其在乳腺癌早期诊断中的应用研究

　　本研究创新性地提出基于黄金分割比例（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倍电场增强效应，检测限低至6.28×10-6 RIU，显著优于传统局域表面等离子体共振（LSPR）传感器，为乳腺癌标志物高精度血清检测提供了新策略。

　　

Highlight

核壳纳米粒子近年来受到广泛关注，并已成为进一步提升局域表面等离子体共振（LSPR）传感器性能的有效途径。这类纳米粒子能协同结合核与壳层材料的特性，通常可显著增强LSPR传感器的灵敏度与分辨率。文献[26,27]表明，采用核壳结构纳米粒子切实改善了LSPR传感器的性能与可靠性。文献[28]中提出的Au@SiO₂核壳纳米粒子在传感应用中表现出增强的荧光和结构特性。

近年来，表面增强拉曼散射（SERS）引起了极大关注，成为一种通过金属纳米粒子在共振波长下表面电场增强，从而将微弱拉曼信号放大数个数量级的引人注目现象。此时灵敏度变得尤为重要，纳米粒子表面极近邻区域的场强达到最大值。基于此，由两个相同或不同几何形状[29]的纳米粒子构成的二聚体结构因能进一步强化纳米粒子间"热点"区域的电场强度而备受关注。当这些二聚体采用核壳构型时，它们具有非凡的灵敏度[30]。值得注意的是，通过精确控制二聚体的尺寸、形态和粒子间距，可进一步优化热点处的电场增强，从而显著提升传感器的灵敏度与检测能力。

单颗粒SiO₂@Au核壳纳米粒子的研究

本节我们探究黄金分割比例（GR）在优化SiO₂@Au核壳纳米粒子半径中的作用。我们的目标是获得能确保纳米粒子与入射光发生最大相互作用的最佳核壳纳米粒子构型。本研究使用黄金比例出于两个原因：（1）探索其在优化核壳纳米粒子中的可行性，因为GR广泛存在于自然界中并显示出重要的设计模式；（2）为来自不同领域（如生物学、化学等）的研究人员提供一种简单直观的优化方法，避免依赖复杂计算或大量资源。

值得注意的是，该方法在我们前期工作中已有研究，并观察到GR为快速高效地优化双层结构提供了切实可行的途径[31]。

结论

本研究探讨了SiO₂@Au核壳二聚体在基于表面增强拉曼散射（SERS）的乳腺癌检测中的应用潜力。我们首先以黄金比例作为设计参数，优化了单个核壳纳米粒子的性能。结果表明，当核半径为15.45 nm、壳层厚度为25 nm时性能最优，灵敏度达170 nm/RIU，检测限（LOD）为0.81×10^-6 RIU。基于这些发现，我们进一步研究了...