组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，DNA/抗原，唾液/痰/血清）、霍乱弧菌（Vibrio cholerae，环境水样）、大肠杆菌（Escherichia coli，水样/食品）、沙门氏菌（Salmonella，水样/食品）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes，奶/肉）、弯曲杆菌（Campylobacter jejuni，肉/洗肉水）、炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis，环境/邮政样品）
检测原理
综述中的微生物生物传感器通常由生物识别元件与换能器组成。抗体、核酸探针、PNA、酶或噬菌体等识别元件与目标微生物、抗原或核酸特异性结合后，引起界面质量、电荷、折射率、电导或酶活性变化。压电换能器因结合质量增加导致共振频率下降；SPR因界面折射率变化导致共振角偏移；电化学/安培法通过标记酶催化底物产生电子转移电流；化学发光或荧光系统通过HRP催化luminol/H2O2或染料增强产生光信号。PCR、免疫磁分离、纳米颗粒标记和酶催化放大可提高低浓度样品检测能力。信号强度随被测物浓度增加而增强，从而实现定量检测。
检测灵敏度
综述未报告单一传感器统一灵敏度；文中提及：LOD: 1 ng/ml（M. tuberculosis DNA）；LOD: 8 CFU/ml（V. cholerae，地下水/海水）；LOD: 80 CFU/ml（V. cholerae，污水/自来水）；LOD: 30 CFU/ml（E. coli，预富集可至3 CFU/ml）；LOD: 2.1×10^4 CFU/ml（C. jejuni）；线性范围: 10^5–10^8 cells/ml（M. tuberculosis）；线性范围: 3×10^5–1×10^9 cells/ml（E. coli O157:H7）；线性范围: 2.5×10^5–2.5×10^7 cells/crystal（L. monocytogenes）；LOD: 3×10^6 cells/ml（S. typhimurium）、1×10^5 cells/ml（L. pneumophila）、3×10^3 cells/ml（E. coli O157:H7）；LOD: 10^3 spores/ml（B. anthracis）；LOD: 800 ng/ml（大豆锈病抗原）。
效应效果
综述报道的传感器在多种样品中表现快速、特异且可定量。压电免疫传感器检测结核分枝杆菌范围为10^5–10^8 cells/ml，频率差大于15%判阳；QCM检测霍乱弧菌约10^5 cells/ml；E. coli O157:H7 QCM-D线性范围为3×10^5–1×10^9 cells/ml；化学发光微阵列检测时间13 min；光散射系统可达单细胞/25 g；噬菌体磁弹传感器可耐受80°C和6 M尿素，3个月25、45、65°C储存后结合力分别损失约51%、60%、75%；膜光学系统5 min内检测少于500芽孢。作者主张用于医疗、食品、农业和生物防御检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅、玻璃、PMMA、PDMS、Au、石英晶体、LiTaO3、印刷电极，提供机械支撑并实现电、光、压电或磁弹换能。
- 导电/固定修饰层：多晶硅、SiO2、Si3N4、Au、Ti、cysteamine SAM，增强导电性、生物相容性并固定识别元件。
- 识别元件：抗体、酶、DNA/RNA探针、PNA、噬菌体、全细胞，特异性识别目标微生物、抗原或核酸。
- 信号标记/放大元件：HRP、生物素-链霉亲和素、Cu@Au纳米颗粒、染料、luminol，将结合事件转化为电、荧光或化学发光信号。
- 封闭剂：BSA，阻断非特异性结合位点，降低背景信号。
- 反应底物/电子供体：H2O2、luminol、胆碱等，参与酶催化或发光反应，产生可测电流或光信号。
中文摘要
除有益微生物外，部分微生物可对动物、植物及人类健康造成严重危害。以低成本、快速、准确的方式检测和鉴定这些有害微生物，是微生物学与传感技术领域的重要挑战。生物传感器通过特异性生物识别元件与目标物结合，并将结合事件转化为电、光、热、声或机械信号，已在传感与检测技术中发挥重要作用，有望引领未来微生物检测方法的发展。本文综述了将生物识别元件与物理化学或机械换能器相结合而开发的多种生物传感器，重点介绍其在医疗诊断、食品与水质安全、农业病害监测和生物防御中的应用。文章还讨论了提高生物传感器性能的策略，包括表面修饰、信号放大、免疫富集、核酸扩增及换能器稳定性优化等，以推动该技术向快速、便携、低成本和现场检测方向发展。
英文摘要
Along with useful microorganisms, there are some that cause potential damage to the animals and plants. Detection and identification of these harmful organisms in a cost and time effective way is a challenge for the researchers. The future of detection methods for microorganisms shall be guided by biosensor, which has already contributed enormously in sensing and detection technology. Here, we aim to review the use of various biosensors, developed by integrating the biological and physicochemical/mechanical properties (of tranducers), which can have enormous implication in healthcare, food, agriculture and biodefence. We have also highlighted the ways to improve the functioning of the biosensor.