《Sensors and Actuators B: Chemical》：Salivary cortisol detection by novel hollow AgAu nanoislands plasmonic-based sensor.
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本研究针对传统皮质醇检测方法操作繁琐、成本高且难以实时监测的问题，开发了一种基于新型中空金银纳米岛（HAgAu NIs）的局域表面等离子体共振（LSPR）生物传感器。该传感器通过模板法合成具有增强等离子体效应的中空纳米结构，实现了对唾液皮质醇的超高灵敏度检测，检测限低至12.68 pg/ml，在0.5-25 ng/ml范围内呈现良好线性（R2=0.978）。此项研究为临床提供了一种快速、低成本、无标记的实时监测方案，对压力相关疾病的诊断与管理具有重要意义。
在现代快节奏生活中，压力已成为影响人们身心健康的重要因素。作为一种关键的应激激素，皮质醇（cortisol）水平的波动能够直接反映人体的压力状态和内分泌健康。然而，传统的皮质醇检测方法，如酶联免疫吸附测定（ELISA）和液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS），虽然可靠性高，但过程繁琐、耗时且成本高昂，难以满足日常频繁监测的需求。特别是唾液中的皮质醇浓度远低于血液，对检测技术的灵敏度提出了极高要求。正是在这样的背景下，一项发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》的研究提出了一种创新解决方案——利用新型中空金银纳米岛（Hollow AgAu Nanoislands, HAgAu NIs）来打造一款高灵敏度的局域表面等离子体共振（LSPR）生物传感器，旨在实现唾液皮质醇的快速、精准、实时检测。
为了攻克这一难题，研究团队首先在玻璃基底上通过溅射、热退火和化学蚀刻等关键技术，无需模板即可自组装合成出具有独特中空结构的AgAu纳米岛。随后，他们利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对纳米材料进行了详尽的表征。通过有限时域差分（FDTD）模拟，从理论上验证了中空纳米结构相较于实心纳米颗粒在电场增强方面的优势。最后，研究人员构建了LSPR光学检测平台，并对传感器进行了功能化修饰（使用APTES、EDC和抗皮质醇抗体），系统评估了其折射率灵敏度以及对标准皮质醇溶液和实际人类唾液样本的检测性能。
3.1. 表征
通过TEM、AFM、SEM和XPS等多种技术对合成的纳米岛进行表征。TEM图像清晰显示了中空纳米岛的核壳结构，壳层平均厚度约为10纳米，而实心的Ag纳米岛则无此结构。高分辨率TEM显示纳米岛具有面心立方（FCC）晶体结构。AFM和SEM结果证实了纳米岛在基底上是单分散分布的，直径在50-150纳米之间。XPS光谱中出现的Au 4d和4f峰，证实了蚀刻后金壳的成功形成。通过在不同蚀刻时间点观察TEM图像，清晰地展示了从实心Ag纳米岛到中空HAgAu NIs的转变过程，EDX元素图谱进一步证实了Au元素主要分布在壳层。
3.2. 模拟
FDTD模拟结果表明，在光照射下，中空纳米颗粒由于其内外表面等离子体模式的杂交作用，能够产生比实心纳米颗粒更强的电场（电场强度提升近一倍）。模拟还发现，减小纳米壳的厚度可以显著增强电场强度，这为优化传感器性能提供了理论指导。
3.3. LSPR传感
通过检测不同浓度的氯化钠（NaCl）溶液来评估传感器的折射率灵敏度。实验结果显示，HAgAu NIs传感器产生的相位响应是传统实心金纳米岛传感器的两倍，这直接证明了其中空结构带来的等离子体增强效应确实转化为了更高的传感灵敏度。
3.4. HAgAu NIs LSPR-based immunosensor for cortisol hormone detection
将HAgAu NIs芯片进行抗体功能化后，用于皮质醇检测。传感器对浓度跨越5个数量级（从0.0005 μg/ml 到 50 μg/ml）的皮质醇标准品均表现出响应，并呈现出良好的线性关系（Y = 0.094x + 0.5574, R2 = 0.984）。根据空白信号计算出的检测限（LOD）低至12.68 pg/ml。特异性实验证明，只有经过抗体功能化的芯片才能有效捕获皮质醇分子。更重要的是，研究人员使用预先通过ELISA测定浓度的人类唾液样本（浓度范围0.5-25 ng/ml）对传感器进行了验证，检测结果与样本浓度高度线性相关（Y = 0.0087x + 0.2902, R2 = 0.978），并成功追踪了个体在一天内皮质醇水平的昼夜节律变化，充分证明了该传感器在实际应用中的可行性和可靠性。
综上所述，本研究成功开发了一种基于新型中空金银纳米岛的高性能LSPR生物传感器。该传感器的创新之处在于其独特的、通过模板法合成的中空纳米结构，该结构通过FDTD模拟和实验均被证实具有更强的等离子体效应和电场增强能力。研究成果显示，该传感器不仅对折射率变化极其敏感，更重要的是，它能够实现对唾液皮质醇的超高灵敏度（检测限达pg/ml级别）、无标记、实时检测，其性能覆盖了人体唾液皮质醇的生理范围，并与金标准方法ELISA的结果具有良好的一致性。这项研究的成功，为临床和家庭环境下进行便捷、经济、频繁的应激水平监测提供了强有力的技术支撑，在健康管理、疾病诊断（如库欣综合征、艾迪生病）以及精神健康评估等领域展现出巨大的应用潜力和重要意义。
