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
葡萄糖(glucose)、尿素(urea)、乳酸(lactate)、ATP、钙离子(Ca2+)、pH/电解质、蛋白(PSA、CRP、肌红蛋白、肌酸激酶)、DNA、细菌(E. coli O157:H7)、病毒(M13)、毒素(SEB、Ricin)、植物病原菌；样品基质包括血清、血液、食品、环境水样、临床样品、细胞/组织裂解液。
检测原理
微流控生物传感器通常由识别元件、换能器和微流控通道组成。目标物与酶、抗体、适配体或分子印迹聚合物结合后，引起催化产物生成、界面电荷/质量/折射率变化或构象改变。光学方法通过吸收、荧光、化学/生物/电化学发光、SPR/LSPR或SERS将界面变化转换为光强、波长或相位信号；电化学方法通过电位、安培或阻抗检测电子转移或双电层变化；质量敏感方法通过QCM、SAW、TSM、FPW或微悬臂将结合质量转换为频率或弯曲变化；FET/ISFET将离子或生物结合引起的栅压变化转换为源漏电流。酶催化、量子点、纳米颗粒、磁性微球和标记抗体等可放大信号，使响应随分析物浓度增加而增强或按竞争抑制降低。
检测灵敏度
综述未报道单一传感器，无法给出统一灵敏度；文中代表性数值包括：LOD: 0.5 nM；LOD: 0.1 ng/L；LOD: 1 fmol；LOD: 11 nM；LOD: 50 ng/mL；线性范围: 2–1,000 mM；动态范围: 1–50 fmol。
效应效果
综述总结显示，微流控生物传感器具有低试剂消耗、低样品量、快速、低成本和可集成多路检测等优势。部分系统选择性或灵敏度优于传统方法：化学发光CRP免疫传感器LOD优于ELISA；多路化学发光毛细管酶免疫分析可同时检测SEB(0.1 ng/L)、E. coli O157:H7(10^4 cfu/mL)和M13(10^5 pfu/mL)；SPR免疫传感器可稳定复用40次以上并维持35天以上；QCM可检测10^4 cells/mL细菌和450孢子；微球免疫分析被视为ELISA的替代方案。作者强调无标记检测、多路悬浮阵列、与智能手机/家电兼容的便携读出是未来方向。
传感器的构成
- 基底/微流控芯片：PDMS、玻璃、硅、聚合物CD，提供微通道、样品前处理与检测平台
- 换能器/电极：ITO、金、纳米多孔铂、碳电极、石英晶体、SPR金膜、FET，将识别事件转换为电、光或质量信号
- 表面修饰层：PEG、自组装单分子层、二氧化钛纳米颗粒、金纳米壳、溶胶-凝胶，用于固定识别元件并降低非特异吸附
- 识别元件：葡萄糖氧化酶、乳酸脱氢酶、抗体、适配体、分子印迹聚合物、分子受体，特异性结合目标物
- 信号标记/放大：酶标记、荧光素、量子点、化学发光/电化学发光探针、磁性微球、纳米颗粒，增强或转导信号
- 微流控功能组件：微泵、微阀、微混合器、膜/微柱、液滴、微球，实现样品输送、混合、分离与检测
中文摘要
生物传感器是由生物识别元件与换能器组成的传感装置，可将样品中分析物的定量信息转换为电化学、光学、质量或其他信号。微流控芯片是一种具有显著优势的微型化分析平台，可实现低试剂消耗、低样品用量、低成本和快速分析。将生物传感器与微流控芯片结合，可提升分析能力并拓展应用范围。本文综述了近年来微流控芯片上生物传感器的研究进展，重点讨论其工作原理、性能特征和适用性，并按检测原理、分析物、功能受体和微流控组件四个方面归纳光学、电化学、质量敏感及其他检测方法，以及酶、抗体、适配体、分子印迹聚合物等识别元件在化学、生物和临床分析中的应用，最后展望无标记检测、多路悬浮阵列和便携式智能读出等发展方向。
英文摘要
A biosensor is a sensing device that incorporates a biological sensing element and a transducer to produce electrochemical, optical, mass, or other signals in proportion to quantitative information about the analytes in the given samples. The microfluidic chip is an attractive miniaturized platform with valuable advantages, e.g., low cost analysis requiring low reagent consumption, reduced sample volume, and shortened processing time. Combination of biosensors and microfluidic chips enhances analytical capability so as to widen the scope of possible applications. This review provides an overview of recent research activities in the field of biosensors integrated on microfluidic chips, focusing on the working principles, characteristics, and applicability of the biosensors. Theoretical background and applications in chemical, biological, and clinical analysis are summarized and discussed.