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
综述涵盖多种被测物：血清素（serotonin）、糖化血红蛋白（HbA1c）、C反应蛋白（CRP）、铁蛋白（ferritin）、p53蛋白、髓鞘碱性蛋白（MBP）、前列腺特异性抗原（PSA）、花生过敏原（Ara h 1）、DNA/单碱基错配、血栓素（thrombin）、大肠杆菌（E. coli）、沙门氏菌（Salmonella typhimurium）、多胺（polyamines）、氟喹诺酮抗生素等；样品基质主要为缓冲溶液、血清/血液、牛奶等。
检测原理
EIS 在电极上施加小幅交流扰动，将电极/电解质界面等效为 Randles 电路：溶液电阻 Rs、双电层电容 Cd、电荷转移电阻 Rct（或极化电阻 Rp）和 Warburg 阻抗 Zw。被测物与 SAM 上的抗体、适配体、DNA 探针或主客体分子结合后，改变表面覆盖度、膜厚、介电常数、静电排斥或空间位阻，从而调节氧化还原探针（如 [Fe(CN)6]3-/4-）的电子转移速率。多数情况下结合使 Rct 增大或电容变化，信号随浓度单调变化；部分带正电或主客体体系会促进探针接近，使 Rct 下降。Au NP、导电聚合物或电活性标记可放大信号。FTEIS 用多正弦或白噪声激励并经 FFT 获得时间分辨阻抗谱。
检测灵敏度
LOD: 10^-15 M（综述提及电容型生物传感器检测限低至 10^-15 M）
效应效果
综述指出，EIS 作为无标记检测手段通常比伏安或安培法更敏感。电容型生物传感器检测限可低至 10^-15 M；PSA 与氟喹诺酮的无标记阻抗免疫传感器达到 pg/mL 级。FTEIS 将全谱采集缩短至约 0.1 s（42 个频率多正弦）或微电极 <5 ms，SCV-FTEIS 在 240 mV s−1 下仍满足 Kramers-Krönig 检验。对血清素和 HbA1c，阻抗谱随时间显著变化而 CV 峰流几乎不变，体现时间分辨优势。选择性依赖 SAM 功能基团、抗体、适配体或 DNA 识别；应用覆盖蛋白、DNA、细菌、细胞、腐蚀、电池和太阳能电池。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），提供电子转移界面并作为 EIS 工作电极。
- 自组装单分子层（SAM）：含硫醇端基与识别功能基团的有机分子（如 (R)-lipo-diaza-18-crown-6、thiophene-3-boronic acid、calix[4]crown-5），通过硫醇与金共价结合，调控界面电容与电荷转移。
- 识别元件：抗体（antibody）、适配体（aptamer）、DNA 探针（DNA probe）、主客体分子或硼酸基团，选择性捕获抗原、蛋白、DNA、血清素、HbA1c 等。
- 信号标记/放大元件：金纳米颗粒（Au NP）、导电聚合物（聚苯胺 PANI、聚吡咯 PPy）或铁氰化标记物，用于放大阻抗/电容信号；多数体系为无标记检测。
- 氧化还原探针：[Fe(CN)6]3-/4-、[Ru(NH3)6]3+/2+ 或 p-苯醌/氢醌，作为电子转移指示剂，其电荷转移阻抗随界面阻塞或电荷状态变化。
- 读出系统：频率响应分析仪（FRA）或傅里叶变换 EIS（FTEIS）系统，施加交流扰动并记录 Nyquist 阻抗谱。
中文摘要
本综述系统介绍了电化学阻抗谱（EIS）的最新进展，重点讨论其在电化学相关问题中的新应用。首先，为缩短测量时间，作者回顾了多正弦 EIS 的发展：通过混合多个交流频率生成噪声信号，再对激励与响应电流进行快速傅里叶变换（FFT）获得阻抗谱；随后介绍了以真实白噪声作为激励源，并对激励和响应信号进行傅里叶变换的第二代傅里叶变换 EIS（FTEIS）概念。其次，综述阐述了这些新技术在时间分辨阻抗测量和阻抗成像中的应用，包括动态 EIS、电位动态 EIS、扫描电化学显微镜和原子力显微镜阻抗成像。最后，文章总结了 EIS 在腐蚀、半导体、电池、燃料电池以及生物传感器检测等领域的传统与新应用，特别强调其作为无标记生物传感检测手段的潜力。
英文摘要
This review describes recent advances in electrochemical impedance spectroscopy (EIS) with an emphasis on its novel applications to various electrochemistry-related problems. Section 1 discusses the development of new EIS techniques to reduce measurement time. For this purpose, various forms of multisine EIS techniques were first developed via a noise signal synthesized by mixing ac waves of various frequencies, followed by fast Fourier transform of the signal and the resulting current. Subsequently, an entirely new concept was introduced in which true white noise was used as an excitation source, followed by Fourier transform of both excitation and response signals. Section 2 describes novel applications of the newly developed techniques to time-resolved impedance measurements as well as to impedance imaging. Section 3 is devoted to recent applications of EIS techniques, specifically traditional measurements in various fields with a special emphasis on biosensor detections.