传统的分析检测方法追求生物标志物浓度的线性变化，以准确评估样本中的生物标志物。这在常规疾病的诊断中发挥着重要作用，因为它能为医生提供基于线性关系的诊断信息。然而，在特殊疾病领域，情况则大不相同。以结核性脑膜炎标志物L-色氨酸(L-Trp)变化为例：随着疾病的进展，该生物标志物的浓度会出现非线性波动。这种非线性波动给传统的线性检测方法带来了难题，存在误诊的风险。

  为解决这一问题，杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授团队从生物传感器探针材料的设计入手，通过材料设计、多色信号整合以及智能数据分析，研发出一种基于铂基超晶格(Pt MALs)的交互式可视化生物传感器，以“阈值突跃式”颜色变化为核心，实现了TBM的快速精准诊断与病情动态监测，解决了结核性脑膜炎早期诊断中生物标志物动态非线性变化监测的问题。这种超晶格材料通过配位键与范德华力精准组装，形成原子级分散的铂层与有机配体双层结构的单原子层超晶格探针，如同为L-Trp量身打造的“智能信号转换器”，能将分子浓度变化直接转化为肉眼可辨的颜色信号。

  2026年2月6日，相关工作以Diagnostic-Mediated Interactive Superlattices Engineering for Threshold-Saltatory Visual Assessment of Tuberculous Meningitis为题发表在《ACS Nano》上。杭州师范大学材料与化学化工学院博士研究生陈子康为第一作者，黄又举教授和丁彩萍副教授为共同通讯作者。杭州师范大学为第一完成单位。

  该传感器的核心突破在于“双信号联动”机制，触发“阈值特异性”颜色变化：（1）当L-Trp浓度低于0.2 μM(早期TBM)时，其代谢产物丙酮酸会触发Pt MALs的类过氧化物酶活性，催化H₂O₂生成活性氧，将底物TMB氧化为蓝色产物，且蓝色强度随浓度降低而增强；（2）当L-Trp浓度高于0.2 μM(病情恶化阶段)时，其另一代谢产物吲哚会与DMABA试剂特异性结合，生成粉红色复合物，同时过量H₂O₂会导致Pt MALs结构解体，黄色(强酸环境使蓝色变化)信号逐渐衰减，最终呈现“粉黄叠加”的多色渐变。这种“低于阈值单色调、高于阈值多色渐变”的跳跃式响应，使颜色色相变化跨度达到134°，远超单一颜色信号的辨识度，彻底解决了传统检测中“信号模糊、判断主观”的问题。配合CIE色度分析与RGB数字化处理，实现了从“定性观察”到“定量计算”的精准升级。

图1：结构介导交互式可视化传感器实现“阈值特异性”响应L-Trp用以准确评估TBM疾病进展的示意图。

  为进一步提升临床适用性，团队将逻辑门运算与颜色信号分析相结合，构建了三级判别体系：通过蓝色信号的G/B比值、粉红色信号的R/G比值及复合颜色的R/G比值，分别设定诊断阈值，实现对健康人群、早期TBM患者与病情恶化患者的精准区分。

图2：基于三条颜色通路设计逻辑门以准确评估TBM疾病进展的数据分析。

  在22例临床脑脊液样本验证中，该系统表现出惊人性能：早期诊断准确率达100%，病情进展判断准确率达95.45%，且通过机器学习增强的模式识别，实现了复杂临床基质中的自校准与零假阳性。与传统金标准相比，检测时间缩短50%以上，试剂成本降低74%以上，诊断准确率提升13%以上，彻底摆脱了对大型精密仪器的依赖，为资源有限地区的TBM筛查提供了可行方案。

图3：通过TBM患者真实样本检验逻辑门辅助阈值跃变式可视化传感器的临床应用性能。

  该研究的关键在于将超晶格材料的结构调控与生物标志物的动态监测相结合，实现了“阈值特异性”与“可视化”的双重突破。Pt MALs的原子级结构设计不仅保证了催化活性与稳定性，更通过结构重构实现了对浓度梯度的自适应响应，这种“结构-功能”协同的设计思路，为纳米生物传感器的研发提供了新范式。这项集“快速、精准、低成本、可视化”于一体的技术，不仅限于TBM诊断，未来还可扩展至脑炎、脊髓炎等其他感染性神经疾病的生物标志物检测，为多类神经炎症的早期筛查与动态监测提供通用平台。

  研究获得浙江省“尖兵领雁”研发项目(2024C03195)、国家自然科学基金重点项目(U25A20385)、浙江省“尖兵领雁”研发项目(2025C02250(SD2))、杭州师范大学跨学科交叉团队项目(2024JCXK01)等项目资助

  论文DOI：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c21167

作者简介

黄又举，教授，博士生导师，国家优青，杭师大材化学院副院长。2010年博士毕业于中国科学技术大学，师从李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大学做博士后。2014-2019年在中科院宁波材料所工作，任副研究员/项目研究员。2017-2018年，在德国马普所高分子所做访问学者。2019年9月入职杭州师范大学，组建纳米生物传感器关键材料团队。以通讯作者在Science Advances, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, Chemical Society Reviews等期刊上发表SCI论文100余篇。被引用12000余次，H因子为58。授权中国和美国发明专利35件。主持科研项目20余项，包括7项国家自然科学基金。获首届浙江省青年科技英才奖(2021年)，浙江省自然科学二等奖(2023年，第一完成人)和全国"挑战杯"揭榜挂帅专项赛一等奖(2024年，指导老师)。入选浙江省海外高层次人才引进计划(2016年)和国家自然基金委优秀青年项目(2022年)。

丁彩萍，博士，副教授，硕士生导师，2025年全球前2%年度科学影响力科学家。2019年博士毕业于华东师范大学，同年入职杭州师范大学材料与化学化工学院，加入黄又举教授组建的纳米生物传感器关键材料团队。主要从事功能性荧光量子点和等离激元纳米粒子的精准合成及其功能化仿生修饰组装，构建荧光/多色可视化生物传感器用于疾病标志物的检测及诊断，以及构建多功能纳米平台用于治疗研究，进一步开发可商业化的生物检测试剂盒。以第一/通讯作者在Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Anal. Chem.等国际知名期刊发表SCI论文40余篇，授权发明专利10余项。以项目第一负责人主持项目5项(包括国家自然科学青年基金和浙江省自然科学基金面上项目)、同时担任浙江省科学技术厅2024和2025年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目子课题负责人、以及以项目骨干参与国家自然科学基金联合基金重点项目。此外，担任期刊Biosensors, Sensors客座/主题编辑。