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
单链DNA (ssDNA)、双链DNA (dsDNA)、RNA、蛋白生物标志物（PSA、甲状腺球蛋白 Tg、C反应蛋白 CRP、IgG等）；样品基质包括PBS/TE缓冲液、人血清、人工尿液、食品样品
检测原理
微流控芯片将小体积样品输送至传感界面。DNA检测中，固定ssDNA探针与目标DNA杂交，引起表面电荷、电容或折射率变化，可由FET、EIS、SPR或纳米孔离子电流读出；PCR/荧光标记可放大信号，但受Debye长度限制，低离子强度下才能检测表面电荷。蛋白检测中，抗原与抗体或竞争吸附蛋白结合，改变界面质量/折射率/阻抗，SPR、阻抗谱、荧光微球或酶联信号给出响应。微流控通过减小体积、增强传质和集成混合/分离模块提高灵敏度与通量，但NSA和系统集成仍是关键。
检测灵敏度
LOD: 465 nM RNA；LOD: 170 fM ssDNA；LOD: 166 pM ssDNA；LOD: 1 μM (ISFET)；LOD: 10 fM (nanowire)；LOD: 100 pM (EIS)；LOD: 500 nM/200 nM (α-HL nanopore)；LOD: 58 pM (nanochannel)；LOD: 10 nM (plastic nanopore)；LOD: 30 ng/ml (micro-ELISA)；LOD: 1 μg/ml (bead immunoassay)
效应效果
微流控可将样品体积降至10^-9–10^-18 L，减少试剂并缩短时间；PCR-CE系统总时间可降至30 min或15 min，LED/CCD读出实现166 pM、SNR 200。蛋白微流控免疫分析较ELISA时间缩短约90倍，微球法LOD约1 μg/ml，微ELISA检测CRP约30 ng/ml、4 h。无标记SPR/阻抗可实时监测，但选择性常低于ELISA；PDMS表面NSA易造成假阳性或信号掩蔽。lPADs可在人工尿液中检测葡萄糖和蛋白。总体具备便携、一次性、高通量潜力，但需解决NSA、模块集成和生物标志物验证。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃/PDMS/聚酰亚胺微流控芯片、CMOS FET、Au MEA、多孔硅、半导体纳米线，作为样品接触与电学/光学信号转换基础
- 微流控通道：PDMS/玻璃/纸基lPAD通道，用于样品输送、混合、分离、浓缩和检测
- 抗非特异吸附层：PEG、OH端SAM、BSA，用于封闭表面并降低NSA
- 识别元件：ssDNA探针、抗体/抗原、IgG/纤维蛋白原竞争吸附层，用于特异性识别DNA或蛋白
- 信号标记/放大：荧光染料（Cy5）、荧光微球、GFP-AuNP、酶联二抗，用于光学或电化学信号放大
- 读出模块：LED/CCD、SPR/SPRi、EIS、FET电流、纳米孔离子电流、电阻脉冲，用于输出电信号或光信号
- 样品介质：PBS、TE、NaCl、KCl、MgSO4缓冲液，用于维持杂交/免疫反应并影响Debye长度
中文摘要
本文综述面向即时检测（POC）诊断的核酸与蛋白微流控生物传感器最新进展。微流控技术可分析10^-9–10^-18 L小体积样品，减少昂贵试剂消耗，自动化样品前处理并缩短处理时间。微流控与先进生物传感技术结合为POC诊断带来高通量、便携和一次性使用等前景，但也提出技术挑战：在比常规方法小多个数量级的样品体积下实现高灵敏度和高选择性、非特异吸附导致的假响应误差，以及与其他必要模块的集成性。已有许多微流控生物传感器综述，本文聚焦近5年进展。首先综述DNA和蛋白生物传感器的一般技术，然后重点介绍生物传感器与微流控耦合的最新进展，最后讨论将微流控生物传感器转化为POC诊断应用的关键挑战与潜在解决方案。
英文摘要
This article reviews state-of-the-art microfluidic biosensors of nucleic acids and proteins for point-of-care (POC) diagnostics. Microfluidics is capable of analyzing small sample volumes (10-9-10-18 l) and minimizing costly reagent consumption as well as automating sample preparation and reducing processing time. The merger of microfluidics and advanced biosensor technologies offers new promises for POC diagnostics, including high-throughput analysis, portability and disposability. However, this merger also imposes technological challenges on biosensors, such as high sensitivity and selectivity requirements with sample volumes orders of magnitude smaller than those of conventional practices, false response errors due to non-specific adsorption, and integrability with other necessary modules. There have been many prior review articles on microfluidic-based biosensors, and this review focuses on the recent progress in last 5 years. Herein, we review general technologies of DNA and protein biosensors. Then, recent advances on the coupling of the biosensors to microfluidics are highlighted. Finally, we discuss the key challenges and potential solutions for transforming microfluidic biosensors into POC diagnostic applications.