引言

自20世纪以来，呼吸道病毒如SARS、H1N1流感、MERS以及最近的COVID-19，给全球公共卫生带来了巨大挑战。这些病毒不仅威胁着个体健康，还对全球经济和社会稳定造成了严重影响。传统的病毒检测方法如红外温度计、聚合酶链反应（PCR）测试和快速抗原检测试剂盒虽然各有优势，但也存在局限性。本文将介绍一种新型纳米坑等离子体传感器（Nanopot Plasmonic Sensor, NPS）平台，它能够在无需复杂预处理的情况下直接检测病毒颗粒，具有广泛的应用前景。

正文

1. NPS平台的原理与制备

NPS平台的核心在于其独特的纳米坑结构，这种结构通过等离子体效应实现了对病毒颗粒的高效捕获和检测。具体来说，NPS平台是在聚酯薄膜（PET）上沉积了一层金纳米膜，并通过氧气等离子体刻蚀形成了深度约为100纳米、直径为250纳米的纳米坑。这一结构能够显著增强光信号，使得传感器对病毒颗粒的响应更加灵敏。

为了验证NPS平台的有效性，研究人员进行了详细的实验表征。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM），他们观察到了纳米坑结构的形态特征，并通过光学消光光谱测量了不同条件下的光谱变化。结果显示，NPS平台在与人工脂质包膜病毒（ALEV）孵育后，最大峰值发生了显著的蓝移，并伴随着从红色到绿色的肉眼可见的颜色变化。

2. 等离子体增强效应的起源

为了深入理解NPS平台的等离子体增强效应，研究人员使用有限差分时域（FDTD）模拟进行了理论分析。模拟结果表明，纳米坑结构的存在显著增强了金纳米膜边缘的光强度，特别是在捕捉到ALEV时，光强进一步提升。这种增强效应主要源于纳米坑内ALEV的引入改变了局部介电环境，导致折射率变化，从而引起光谱峰值的移动。

此外，研究人员还探讨了不同尺寸的ALEV对NPS平台响应的影响。实验发现，当ALEV的直径小于金纳米孔时（如70nm和100nm），NPS平台表现出明显的峰值红移；而当ALEV的直径大于纳米孔时（如400nm），则几乎没有明显变化。这表明NPS平台可以通过尺寸选择性有效地捕获特定大小的病毒颗粒。

3. 实验验证与应用潜力

为了验证NPS平台的实际应用效果，研究人员进行了多项实验。首先，他们测试了不同浓度的ALEV溶液对NPS平台的影响，结果表明随着ALEV浓度的增加，NPS平台的最大峰值位移逐渐增大，最终达到饱和状态。其次，他们还测试了NPS平台在不同生物样本中的表现，包括Tris缓冲液、人工唾液和牛血清白蛋白（BSA）。结果显示，只有ALEV能够引起显著的光谱变化，其他物质则影响较小。这证明了NPS平台在复杂生物环境中仍能保持较高的特异性和灵敏度。

最后，研究人员开发了一套光学检测系统，用于系统化地检测病毒。该系统包括图像采集部分（光源、探测器等）和数据处理部分（颜色分析软件）。通过分析RGB值的变化，研究人员能够快速判断样品中是否存在病毒。初步实验表明，NPS平台对新冠病毒的检测灵敏度和特异性分别为93.8%和57.1%，显示出良好的应用前景。

结论

综上所述，NPS平台作为一种新型广谱病毒检测工具，具有操作简单、成本低廉、响应迅速等优点。它不仅能够在早期疫情爆发时提供有效的筛查手段，还能为未来的传染病防控提供技术支持。未来的研究将进一步优化NPS平台的设计，提高其检测精度，并探索其在更多应用场景中的潜力。我们期待这项技术能够为全球公共卫生事业做出更大的贡献。

参考文献：Hwang, Y., Zhao, Z.-J., Shin, S., et al. (2025). Nanopot plasmonic sensor platform for broad spectrum virus detection. Chemical Engineering Journal, 505, 159484.

图 1. 基于纳米孔结构（NPS）的用于病毒检测的纳米等离子体传感器

图 2. 用于模拟 NPS 平台的等离子体效应以检测病毒颗粒的 FDTD 模拟

图 3. NPS 平台的光学特性

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159484