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
前列腺特异性抗原（PSA）、肿瘤抗原 CA125、血管内皮生长因子（VEGF）、HER2/neu、心肌肌钙蛋白 I/T（cTnI/cTnT）、C 反应蛋白（CRP）、髓过氧化物酶（MPO）、葡萄糖（glucose）、尿酸（uric acid）、胆固醇（cholesterol）、肌酐（creatinine）、尿素（urea）、血栓素（thrombin）、DNA/SNP、自身抗体、登革病毒抗原、乙肝表面抗原（HBsAg）、唾液 α-淀粉酶（sAA）；样品基质：血清、血浆、全血、唾液、尿液、脑脊液。
检测原理
综述中生物传感器通常由识别元件（抗体 Ab、适配体 aptamer、DNA 探针、酶、分子印迹聚合物 MIP 或全细胞）与目标物结合，引起界面电荷、质量、折射率、阻抗、电导、频率或构象变化。换能器将变化转为电流、电位、阻抗、荧光、颜色、频率或电容信号。纳米材料如 CNT、AuNP、QD 和纳米线通过高比表面积、电子转移或等离子效应放大信号；酶标记物如 HRP 催化底物产生电化学或荧光信号，AuNP 聚集导致颜色变化，适配体构象变化使 Fc 靠近电极，SPR 监测折射率变化，QCM 监测质量频率变化。信号随被测物浓度增加而增强或减弱。
检测灵敏度
综述未报告单一传感器统一灵敏度；代表性数值：LOD: 0.25 ng/mL；LOD: 0.5 pg/mL；线性范围: 0 to 167 nmol/L；LOD: 0.83 nmol/L；LOD: 10 ng/mL；LOD: 1.29 U/mL；LOD: 38 pg/mL；LOD: 0.02 ng/mL；LOD: 1 ng/mL；LOD: 0.1 fmol；LOD: 2.5×10−19 mol；LOD: 1.727 μg/mL；LOD: 0.740 μg/mL；LOD: 50 ng/mL；LOD: 7.8 ng/mL；线性范围: 20–160 ng/mL；LOD: 0.05 IU/mL；LOD: 10 pg/mL；LOD: 30 fg/mL；LOD: 1 fg/mL；LOD: 13 ng/mL；LOD: 3 ng/mL；LOD: 0.25 μg/L；LOD: 0.7 μg/L；LOD: 0.2 μg/L；LOD: 3 pM；线性范围: 0.005 to 10 ng/mL；RSD: 3.5%；LOD: 1 to 6 ng/mL；LOD: 0.63 nM；线性范围: 7.5 to 625 μM；LOD: 3.6 μM；R^2 = 0.9646；斜率: 1.17；线性范围: 0.6–4 μg/mL；LOD: 10−8M；R^2 = 0.9328
效应效果
综述指出许多生物传感器在灵敏度、特异性和检测时间上达到或超过传统方法，但临床转化仍慢。SPR 检测抗 dsDNA 抗体特异度 98%、敏感度 83%；QCM 检测类风湿关节炎自身抗体达飞摩尔级，优于 ELISA；电化学检测多发性硬化自身抗体低于 ELISA 检出限；登革 NS1 MIP-QCM 免前处理测至 50 ng/mL；森林脑炎抗体检测与 ELISA 一致；HBsAg EIS 线性 20–160 ng/mL；肌酐手持设备 R^2 = 0.9328 但负偏倚；唾液磷酸盐 R^2 = 0.9646、斜率 1.17；SARS QCM 可重复 100 次且抗流感病毒干扰。作者强调即时检测、免试剂、直接全血/唾液、自动化质控是成功关键。
传感器的构成
- 基底/换能器：金电极 Au、硅基场效应晶体管 Si FET、石英晶体 QCM、微悬臂梁、丝网印刷电极，提供电化学、场效应、压电、机械或光学换能
- 纳米修饰层：碳纳米管 CNT、金纳米颗粒 AuNP、聚吡咯 PPy 纳米线、纳米间隙电极、纳米孔，提高比表面积、电子转移或信号放大
- 识别元件：抗体 Ab、适配体 aptamer、DNA 探针、酶（葡萄糖氧化酶 GOx、尿酸酶 uricase、辣根过氧化物酶 HRP）、分子印迹聚合物 MIP、全细胞，特异性结合目标物
- 信号标记物：HRP、量子点 QD（CdSe/ZnS）、荧光染料、[Ru(NH3)6]3+、AuNP 标签，用于电化学、荧光或比色信号放大
- 封闭剂：BSA，降低非特异性吸附
- 电子供体/底物：ferrocene Fc、[Ru(NH3)6]3+、Amplex Red、TMB、H2O2，参与电化学或荧光信号生成
中文摘要
本文综述了最近八年用于临床分析物检测的生物传感器研究与应用进展。纳米技术被引入电化学、光学、机械和物理换能模式，以提高生物传感器性能，并支持构建可并行检测的生物传感器阵列。文中讨论了用于癌症标志物、心脏标志物、自身免疫病标志物、感染性疾病标志物以及 DNA 分析的生物传感器。新型应用包括唾液等替代样品检测。基于固定化全细胞的生物传感器也出现新用途，例如检测癌症存在以及监测癌细胞对化疗药物的反应。尽管报道新生物传感器的研究数量持续增长，但从研究实验室走向临床实验室的转化仍然缓慢。作者认为生物传感器最大影响将在无实验室支持的即时检测场景体现，必须将生物传感器集成到可靠、易用、坚固的仪器中，才能确保基于生物传感器的即时检测系统成功应用。
英文摘要
Research activity and applications of biosensors for measurement of analytes of clinical interest over the last eight years are reviewed. Nanotechnology has been applied to improve performance of biosensors using electrochemical, optical, mechanical and physical modes of transduction, and to allow arrays of biosensors to be constructed for parallel sensing. Biosensors have been proposed for measurement of cancer biomarkers, cardiac biomarkers as well as biomarkers for autoimmune disease, infectious disease and for DNA analysis. Novel applications of biosensors include measurements in alternate sample types, such as saliva. Biosensors based on immobilized whole cells have found new applications, for example to detect the presence of cancer and to monitor the response of cancer cells to chemotherapeutic agents. The number of research reports describing new biosensors for analytes of clinical interest continues to increase; however, movement of biosensors from the research laboratory to the clinical laboratory has been slow. The greatest impact of biosensors will be felt at point-of-care testing locations without laboratory support. Integration of biosensors into reliable, easy-to-use and rugged instrumentation will be required to assure success of biosensor-based systems at the point-of-care.