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)、乳酸(lactate)、尿素(urea)、肌酐(creatinine)、酮体(ketones)、DNA/病原体（Salmonella、Listeria、E. coli O157:H7）、蛋白质/抗原、小分子药物；样品基质：血液、血浆、血清、脑脊液、食品、环境水样、细胞培养液
检测原理
综述概括了生物传感器的通用检测原理：特异性生物识别元件（酶、抗体、DNA探针、亲和体等）与目标物结合或催化后，引起界面电、光、质量或折射率变化，再由换能器转换为可测信号。酶传感器中，葡萄糖氧化酶(GOx)催化葡萄糖生成过氧化氢，通过介体或直接电子转移在电极上产生电流；免疫或核酸传感器中，抗原-抗体或DNA杂交事件可改变SPR金膜表面折射率、压电晶体质量或电化学标记物信号。导电聚合物、碳纳米管(CNT)、金纳米颗粒(Au NPs)和量子点(QDs)等纳米材料可促进电子转移、增强荧光/SPR信号或固定识别元件。信号大小通常随目标物浓度增加而增大，酶联放大、多识别元件微阵列和SPR实时监测可提高灵敏度与通量。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
综述指出，生物传感器商业化滞后于研究产出，主要受成本、稳定性、灵敏度、可靠性和实际样品基质干扰限制。多数设备分析时间从15 min到数小时，生物识别元件寿命常不足1个月；真实样品易出现污损、信号漂移和交叉反应。商业化最成功的是血糖/乳酸传感器，血糖占市场85%以上。YSI可无稀释测量90 g/L葡萄糖和30 mmol/L乳酸，仅需25 μL样品；Nova StatStrip血糖分析6 s，乳酸0.7 μL样品13 s，肌酐30 s。Biacore SPR无标记检测可获动力学与亲和力数据，仪器约25万–50万美元，当前约100次/天，微阵列预期10万/天。Neogen DNA杂交检测沙门氏菌等可达1–5 CFU/25 g，<2 h，8 h可处理700样品。作者认为成功产品需多靶标、可更换识别元件、微型化、低成本并与ELISA/HPLC/qPCR等验证。
传感器的构成
- 换能器/基底：电极、光学波导或压电晶体，用于将生物识别事件转换为电、光或质量信号
- 识别元件：葡萄糖氧化酶(GOx)、辣根过氧化物酶(HRP)、碱性磷酸酶(ALP)、抗体、DNA探针、亲和体(affibody)，用于特异性催化或结合
- 固定/修饰层：导电聚合物(PPA)、羧基化葡聚糖基质、自组装单分子层，用于固定识别元件并改善界面
- 信号标记/放大：生物素标记抗体、化学发光/荧光标记、酶联放大(GOx+GDH)、量子点(QDs)、金纳米颗粒(Au NPs)，用于增强信号
- 读出系统：电化学仪、SPR仪、压电频率仪、微阵列读取器，用于采集电流、折射率、频率或图像信号
中文摘要
生物传感器技术由特异性生物识别元件与用于信号处理的换能器组合而成。自提出以来，生物传感器被认为将在医学、农业、食品安全、国土安全、环境与工业监测中发挥重要作用。然而，与大量论文和专利活动所反映的研究产出相比，生物传感器技术的商业化明显滞后。技术转移缓慢且有限的原因可归因于成本考量以及若干关键技术障碍。分析化学在自动化、微型化和面向多任务高通量的系统集成驱动下发生了显著变化，这对通常只检测单一或少数目标分析物的生物传感器技术构成重大挑战。成功的生物传感器必须具有通用性，能够支持可互换的生物识别元件；同时必须可实现微型化，以便自动化并行检测、操作简便且成本具有竞争力。在研发方面进行大量前期投入是生物传感器商业化的前提。此类进展通常是渐进式的且成功有限，因此新企业进入市场非常困难，除非能开发出具有相当市场容量的利基产品。
英文摘要
Biosensor technology is based on a specific biological recognition element in combination with a transducer for signal processing. Since its inception, biosensors have been expected to play a significant analytical role in medicine, agriculture, food safety, homeland security, environmental and industrial monitoring. However, the commercialization of biosensor technology has significantly lagged behind the research output as reflected by a plethora of publications and patenting activities. The rationale behind the slow and limited technology transfer could be attributed to cost considerations and some key technical barriers. Analytical chemistry has changed considerably, driven by automation, miniaturization, and system integration with high throughput for multiple tasks. Such requirements pose a great challenge in biosensor technology which is often designed to detect one single or a few target analytes. Successful biosensors must be versatile to support interchangeable biorecognition elements, and in addition miniaturization must be feasible to allow automation for parallel sensing with ease of operation at a competitive cost. A significant upfront investment in research and development is a prerequisite in the commercialization of biosensors. The progress in such endeavors is incremental with limited success, thus, the market entry for a new venture is very difficult unless a niche product can be developed with a considerable market volume.