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
DNA（DNA）、蛋白质/肿瘤标志物（PSA、CEA、mucin-1）、小分子（腺苷、K+、可卡因）、葡萄糖（glucose）、病毒（influenza virus）、细菌（bacterium）；样品基质：血清、细胞裂解液、未稀释血清、HIV患者血清、前列腺癌术后样本、体内肿瘤组织
检测原理
综述所述纳米探针通常先将识别元件固定于纳米材料或换能器表面，再引入目标分子。DNA杂交、抗原-抗体或适配体-小分子结合后，引起纳米探针构象、表面电荷、荧光距离或界面电子结构变化。AuNP可负载数百条DNA或酶，使一次结合事件带来多分子信号；QD通过高量子产率荧光和FRET报告杂交；SERS利用金属纳米结构热点放大拉曼信号；SiNW/SWNT/石墨烯FET将结合引起的表面电荷或电导变化转为电信号；HRP/ALP催化底物或银增强沉积进一步放大光/电/比色信号。目标浓度越高，结合事件越多，荧光、拉曼、电导或催化产物信号越强。
检测灵敏度
LOD: 10 fM；LOD: 54 aM；LOD: 100 fM；LOD: 80 copies (5.4 aM)；LOD: 2000 molecules (67 aM)；LOD: 500 fM；LOD: 50 copies；LOD: 20 fM；LOD: 10 pM；LOD: 10 fM；LOD: 0.6 mM；LOD: 10 pM；LOD: 500 fM
效应效果
综述报道的纳米探针具有较高选择性和抗干扰能力：AuNP纳米信标可区分单碱基错配，SWNT两步功能化降低非特异结合，石墨烯葡萄糖传感器具有良好重现性、长期稳定性和可忽略干扰信号。实际样品中，SWNT免疫传感器在未稀释血清中检测PSA达100 fM，SiNW阵列可检测未稀释血清肿瘤标志物，微流控银增强免疫分析用于HIV-1患者血清，生物条形码用于前列腺癌术后样本。SERS探针比近红外QD亮4200倍，可检测0.03 cm3肿瘤且穿透1–2 cm；银增强比常规荧光高两个数量级。作者认为其可用于临床诊断、食品安全、反恐和单分子/单细胞检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：金电极、SiNW FET、SWNT网络、石墨烯片、微流控电极间隙，承担电导、电化学或光学信号转换
- 纳米材料修饰层：AuNPs、QDs、SiNWs、MWNTs/SWNTs、graphene/GO，提供高比表面、荧光、SERS热点或导电通道
- 识别元件：DNA探针、PNA探针、抗体、适配体、GOx，特异性识别DNA、蛋白、小分子或葡萄糖
- 信号标记/放大：荧光染料、Raman探针、条形码DNA、HRP/ALP、银增强、生物素-链霉亲和素-QD，将识别事件转为光、电或比色信号
- 封闭/抗非特异：BSA、封闭剂、两步功能化表面，降低非特异吸附
- 信号读出：荧光、SERS、FET电导、电化学、比色和微流控连续流，输出与目标浓度相关的信号
中文摘要
本文是一篇教程性综述，关注核酸和蛋白质检测新方法在临床及非临床应用中的发展。为提升生物检测灵敏度，作者回顾了利用金纳米颗粒（AuNPs）、量子点（QDs）、硅纳米线（SiNWs）、碳纳米管（CNTs）和石墨烯等纳米材料独特的光学、电子和催化性质构建生物传感器与纳米探针的进展。综述讨论了纳米材料高比表面积、高荧光量子产率、表面增强拉曼散射、纳米电学效应和荧光超淬灭等带来的信号放大机制，并指出异质界面、非特异结合和放大通用性等挑战，展望DNA纳米技术等新方向。
英文摘要
There has been great interest in developing new nucleic acid and protein detection methods for both clinical and numerous non-clinical applications. In a long-lasting effort to improve the detection ability of bioassays, functional nanomaterials have been actively explored to greatly enhance the sensitivity during the last two decades. This tutorial review focuses on recent progress in biosensor development by exploiting several unique optical, electronic and catalytic properties of a range of nanomaterials, such as gold nanoparticles, quantum dots, silicon nanowires, carbon nanotubes and graphene. In addition, a perspective on new opportunities offered by emerging technologies (e.g. DNA nanotechnology) is provided.