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
宿主细胞蛋白（host cell protein, HCP）、DNA（DNA）、内毒素（endotoxin）、泄漏蛋白A（leaking protein A）、蛋白变体（protein variants）；样品基质为生物制药生产流、发酵液及下游纯化流。
检测原理
该类免疫化学传感方法通常将识别分子固定在金表面烷基硫醇自组装单分子层（SAM）上。当痕量杂质与抗体、寡核苷酸、组蛋白、阻遏蛋白或 LAL 等识别元件结合后，界面性质改变。电容传感器中，结合使双电层反离子被排开，电极电容下降，信号随结合量增加而增大；SPR 中，界面折射率变化导致反射角偏移；QCM 中，质量或粘弹性变化按 Sauerbrey 关系引起频率偏移。flow-ELISA 则通过酶标记抗体形成夹心结构，底物酶反应产生光信号。灵敏度提升依赖高亲和识别、低非特异 SAM、样品稀释和连续弱亲和监测，无标记平台可避免标记试剂复杂性。
检测灵敏度
电容生物传感器：LOD: 0.001 ng/ml (fg/ml)；线性范围: 0.001–1 ng/ml。SPR：LOD: 20 ng/ml；线性范围: 100–10 000 ng/ml。QCM：LOD: 16 ng/ml；线性范围: 50–1000 ng/ml。流动注射ELISA：线性范围: 0–300 000 ng/ml；LOD: NR。正文：宿主细胞蛋白检测限 8×10–18 mol/l；DNA 电容生物传感器检测限低至 10–20 mol/l；传统免疫化学结合检测 10–9–10–12 mol/l。
效应效果
作者强调这些方法可满足痕量杂质检测对亚皮摩尔灵敏度、快速和在线监测的要求。电容生物传感器线性范围 0.001–1 ng/ml，LOD 0.001 ng/ml（fg/ml），优于 SPR（LOD 20 ng/ml，线性范围 100–10 000 ng/ml）和 QCM（LOD 16 ng/ml，线性范围 50–1000 ng/ml）；flow-ELISA 线性范围 0–300 000 ng/ml，但 LOD 未报告。宿主细胞蛋白检测约 25 min，适合下游过程监控。非特异结合可通过低非特异表面或大幅稀释抑制；弱亲和抗体利于再生但牺牲灵敏度。与 ELISA、PCR、LAL 相比，生物传感器在快速、在线和痕量杂质监控方面具有优势，但仪器可用性、多分析物同时检测和识别元件调控仍是挑战。
传感器的构成
- 换能器电极：高纯金电极（Au electrode），电容传感基底，形成双电层并测量电容变化。
- 修饰层：功能化烷基硫醇自组装单分子层（alkylthiol SAM），末端氨基/羧基或螯合基团，共价固定识别分子并提供绝缘界面。
- 识别元件：抗体（antibody，多克隆/单克隆）、寡核苷酸（oligonucleotide）、组蛋白（histone）、阻遏蛋白（repressor protein）或鲎裂解物/凝集素（LAL/Limulus lectin），特异性结合杂质。
- 参考电极：铂电极（Pt electrode）与 Ag/AgCl 电极，用于电容测量参考和基线漂移控制。
- 信号标记物：酶标记抗体（enzyme-labelled antibody）与底物（substrate），仅 flow-ELISA 使用，酶反应产生光信号。
- 流通系统：连续流动系统（continuous flow system）/石英流通池（quartz flow-cell），输送样品、试剂和再生液。
- SPR换能器：玻璃棱镜与金膜（glass prism/gold film），光反射角随界面折射率变化。
- QCM换能器：压电石英晶体（quartz crystal），质量/粘弹性变化引起频率偏移。
中文摘要
新型高灵敏生物传感器概念使生物大分子可在远低于传统检测限的浓度下被检测。以往生物技术生产中的质量控制检测主要针对高浓度目标分子，而监管机构对生物制药中杂质水平的声明要求，使高灵敏分析技术日益重要，并拓展到生物危害等测量。本文综述免疫生物传感器的发展，并以生物制药生产中常见杂质分析为例。痕量杂质要求亚皮摩尔级灵敏度，同时需抑制非特异结合，可通过低非特异传感表面或大幅稀释样品实现。快速、在线或实时监测对过程控制至关重要，但抗体再生、弱亲和抗体灵敏度损失以及连续无标记检测带来挑战。文章比较了基于金表面烷基硫醇自组装单分子层的电容、表面等离子共振（SPR）和石英晶体微天平（QCM）平台，以及流动注射酶联免疫吸附试验（flow-ELISA），并讨论宿主细胞蛋白、DNA、内毒素、泄漏亲和配体和蛋白变体等杂质的检测策略。
英文摘要
New, highly sensitive, biosensor concepts make it possible to assay biomacromolecules at concentrations that previously were far below the limit of detection. The previous generation of assays used in quality control situations during biotechnological production was designed primarily for monitoring target molecules, which typically appeared in high concentrations. Hence, novel analytical techniques with high sensitivity should become increasingly important in meeting the demands from regulatory agencies with regard to declaring levels of impurities in biopharmaceuticals. Such techniques also open up opportunities for a range of other challenging measurements, for example, in the area of biohazards. This review describes the development of immuno-based biosensors and exemplifies these by presenting analyses of common impurities in biopharmaceutical production.