组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
蛋白质（PSA、IgG、ADDL、炭疽保护抗原）、核酸（DNA/RNA、SNP、miRNA、转基因序列）、毒素（霍乱毒素、肉毒毒素、黄曲霉毒素B1）、病原体（E. coli O157:H7、B. anthracis、Dengue virus、Cryptosporidium）；样品基质包括血清、脑脊液、食品、水样、细胞裂解液、缓冲液。
检测原理
综述中的纳米标签传感器通常先由固定于基底或磁珠上的抗体、DNA探针或适配体捕获目标蛋白、核酸或毒素，形成识别复合物。随后，标记有金纳米颗粒(Au NP)、量子点(QD)、半导体纳米晶或脂质体的报告分子结合到复合物上。金属纳米颗粒通过局域表面等离子体共振、共振光散射、SERS或银增强改变光学散射/拉曼信号；在电化学体系中，金属或半导体标签可被直接氧化、阳极溶出伏安法(ASV)溶解，或催化H2O2还原产生电流；脂质体则因封装大量染料、酶或电活性物质，在裂解或界面电荷/质量变化时放大信号。信号随目标浓度增加而增强（非竞争）或降低（竞争），放大策略包括银增强、多颗粒标记、DNA条形码、CNT负载、脂质体网络和酶催化沉淀。
检测灵敏度
综述未给出单一传感器统一LOD；文中报告的代表性数值包括：LOD: <0.0025 probes/µm2（微阵列）；LOD: 2 pM（金纳米颗粒/二茂铁DNA）；LOD: 5 pM（CMV DNA ASV）；LOD: 500 fM（导电间隙）；LOD: 0.2–0.3 pM（DNA模型）；LOD: 约3–4 pM（GMO DNA）；LOD: 5.5 pM（霍乱毒素侧流）；LOD: 约50 pM（微流控裂解）；LOD: 0.1 pM（脂质体阻抗）；LOD: 4.1 ng/ml（炭疽保护抗原）；LOD: 约1 pM（脂质体裂解微孔）；灵敏度: 10 pg/ml（免疫印迹DNA）；灵敏度: 50 pM（侧流核酸）；灵敏度: 1 fM（ZnO/Au DNA模型）；灵敏度: 约1 fM（hematin导电间隙）；灵敏度: 10 nM（微流控电化学）；灵敏度: 10 nM（QCM hapten）；灵敏度: 750 pM（霍乱毒素QCM）；灵敏度: 50 pM（QCM IgG模型）；灵敏度: 10 nM（凝血酶）；灵敏度: 10 pM（DNA）。
效应效果
综述指出，纳米标签可显著提高灵敏度并支持多路复用。金纳米颗粒经银增强后可肉眼或扫描仪检测，SERS最多实现6种编码，RLS信号相当于50万荧光分子且比荧光扫描提高50倍；SPR金标签增强响应，成像SPR定量限约10 pM。电化学ASV可达pM至亚nM，导电间隙报告500 fM。量子点抗光漂白，最多6色复用。脂质体封装放大使微孔检测灵敏度提高500倍，LOD约1 pM；侧流霍乱毒素5.5 pM，炭疽保护抗原4.1 ng/ml，DNA条形码增强10倍，罗丹明脂质体增强400倍。局限是大标签造成空间位阻、动态范围窄、非特异结合和步骤增加。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃片、金膜、微电极、石英晶体(QCM)、硝酸纤维素膜(NC)或PDMS微流控通道，用于固定识别元件并提供光学、电化学或压电换能。
- 捕获识别层：抗体、DNA探针、适配体、神经节苷脂或链霉亲和素，固定于表面或磁珠上，用于特异性捕获目标蛋白、核酸或毒素。
- 纳米信号标签：金纳米颗粒(Au NP)、银增强颗粒(Ag)、铜金纳米壳(Cu@Au)、铂纳米颗粒(Pt NP)、量子点(CdSe/ZnS)、CdS/PbS纳米晶或脂质体，作为信号放大载体。
- 信号标记物：荧光染料(Cy3、Cy5、TAMRA、Rhodamine 6G)、辣根过氧化物酶(HRP)、铁氰化钾/抗坏血酸或硫代罗丹明B，用于产生光学或电化学信号。
- 连接/放大元件：生物素–链霉亲和素、DNA条形码、碳纳米管(CNT)、聚电解质壳或银增强试剂(Ag+/hydroquinone)，用于多颗粒连接、信号放大或编码。
- 流动/反应介质：缓冲液、电解液、硝酸纤维素膜或微流控通道，用于毛细迁移、流动注射、裂解释放或电极接触。
- 读出系统：扫描仪、CCD相机、伏安仪、恒电流计时电位仪、阻抗谱仪、QCM或手持反射计，用于输出颜色、散射、电流、电位、阻抗或频率信号。
中文摘要
生物传感器技术因其在医疗、国防、食品和环境监测中检测生物分子的能力而受到广泛关注。在生物传感器中，通常利用抗原–抗体或互补核酸等特异性结合事件，并通过标记信号分子产生可检测信号。本文系统综述了三类主要纳米标签——金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒和脂质体——在新一代光学、电化学和质量换能生物传感器发展中的作用。文章简要解释了相关换能原理，并描述了基于这些“纳米标签”的多种检测策略，包括银增强、共振光散射、表面增强拉曼散射、阳极溶出伏安法、导电间隙、量子点荧光/光电化学以及脂质体封装放大等。作者强调，纳米标签可通过增大信号、提高灵敏度和实现多路复用，克服传统标记物的局限，为开发简单、低成本、高灵敏的生物分析系统提供重要途径。
英文摘要
Technology for the detection of biological species has generated considerable interest in a variety of fields including healthcare, defense, food and environmental monitoring. In a biosensor, labeled specific binding partners are used to emit a detectable signal. Owing to their unique properties, nanomaterials have been proposed as a novel label category and have led to the development of new assays and new transduction mechanisms. In this article, the role of three major types of nanoscale labels (metallic, semiconductor and liposome nanoparticles) in the development of a new generation of optical, electrochemical or gravimetric biosensors will be presented. The underlying transduction principles will be briefly explained and assay strategies relying on the use of these 'nanolabels' will be described. The contribution to increased assay performance and sensitivity will be highlighted. Approaches towards simple, cost efficient and sensitive assays are essential to meet the demands of a growing number of applications.