大型设备依赖
中心实验室检测设备体积与成本较高,难以下沉至基层和现场。
算法赋能的CMOS成像等离激元超表面癌症早筛系统
把超表面生物传感、无镜头CMOS成像与算法定量集成到一台便携终端,让现场检测从“看到变化”走向“计算浓度”。
纳米超表面芯片无镜头CMOS读出传统方案成熟可靠,但大型设备、专业操作与稳定环境要求限制了高频、便捷的现场部署。
中心实验室检测设备体积与成本较高,难以下沉至基层和现场。
检测流程依赖专业人员,光照、芯片缺陷和样本杂质也会影响一致性。
便携图像检测需要从相对变化识别,进一步走向可解释的浓度输出。
超表面生物传感 × CMOS图像读出 × 算法定量
芯片负责感知,设备负责读取,移动终端负责呈现与追溯。

通过更换功能化芯片,适配不同生物标志物的特异性检测。

窄带照明、芯片载盘与无镜头CMOS被集成在便携终端中。

呈现浓度、有效性状态,并保留灰度、掩膜和模型信息用于追溯。
从生物结合到浓度输出,每一步都保留可解释的物理与图像依据。
完成样本准备与加样,建立检测起点。
目标分子与功能化超表面芯片发生特异性结合。
固定工作波长把共振响应变化转换为光强变化。
无镜头近距离读取透射图像与灰度响应。
校正光照不均,识别划痕、颗粒和异常区域。
调用标志物专属标定模型进行定量换算。
输出浓度、有效性状态与可追溯图像证据。
综合光源、超表面透射响应与CMOS光电响应,建立标志物专属标定关系。
R² = 0.994图像式定量模型拟合效果
融合平场校正、阈值分割、小波处理和形态学运算,剔除光照不均、划痕及颗粒污染。
0.972 → 0.987图像统计与光谱参考 Pearson r 提升
省去光谱仪、镜头组与调焦机构,将高灵敏感知和图像采集集成到桌面级终端。
1.25 kg当前样机整机重量
面向使用者突出定量结果;面向科研与质量追溯保留完整图像证据。
PSA与CEA使用各自标定模型;CD63当前仅展示相对响应。
处于当前模型可定量范围
证据链按“标准梯度 → 算法鲁棒性 → 初步样本验证”组织,实验数字以核心论文为基准。
PSA图像检测限 0.26 ng/mL;CEA图像检测限 0.56 ng/mL。PSA与CEA采用各自独立标定模型。
算法重点是识别灰白条纹、灰黑污点等异常区域并生成掩膜,尽量不直接改写用于浓度计算的有效像素值。
可定量样本平均绝对偏差约6%;高浓度 >400 ng/mL 样本进入或超过当前模型饱和区,应提示稀释复测。
CEA图像检测限为0.56 ng/mL;论文在5-60 ng/mL区间内给出R²>0.99,可作为展开层实验依据。
芯片结构采用六边形周期阵列,周期约600 nm、孔径约250 nm、深度约300 nm,用于支撑超表面传感基础。
功能化过程中,光谱响应和图像响应趋势一致;论文以24组芯片统计支撑功能化一致性观察。
CD63当前作为相对响应/联合分析指标用于分组探索,不展示未经完整标定的ng/mL绝对浓度。
高浓度>400 ng/mL样本已经进入或超过当前模型饱和区,页面结果应显示“超出当前定量范围/建议稀释复测”。
从芯片置入到移动端查看结果,当前系统已完成完整原型集成。







完整样机系统
相关发明专利
相关SCI论文
机构应用证明
超表面芯片 · CMOS成像 · 图像算法 · 系统集成 · 产品转化
面向基层与现场场景的便携式肿瘤标志物定量检测与辅助筛查平台
科研样机展示 · 用于辅助早筛与科研验证 · 不构成临床诊断结论