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）、前列腺特异性抗原（PSA）、癌胚抗原（CEA）、CA125、免疫球蛋白G（IgG）、凝血酶（thrombin）、葡萄糖（glucose）、甲硫基膦酸二甲酯（DMMP）、流感A病毒（Influenza A）、胃癌细胞（gastric cancer cells）；样品基质：血清、血液、尿液、呼气、细胞/组织
检测原理
该文综述的纳米生物传感器通常由纳米材料换能层与生物识别层构成。识别事件包括ssDNA/PNA与目标DNA杂交、适配体或抗体与蛋白/病毒结合、酶催化底物、嗅觉受体结合气味分子或细胞膜受体响应配体。结合后引起纳米材料表面电荷、双电层、电导、磁场或细胞电生理状态变化。FET型传感器通过源漏电流或阈值电压变化读出；GMR/GMI传感器通过磁性标记改变局部磁场，引起电阻或磁阻抗变化；酶型传感器通过催化反应改变pH、H2O2或离子浓度，再转换为电学信号。部分体系采用PCR、磁性颗粒或酶催化作为放大策略。
检测灵敏度
LOD: 25 ppm (DMMP, ssDNA/swCNT)；LOD: 10 pM (DNA, ssDNA/graphene)；LOD: 25 pM (DNA, ssDNA/SiNW)；LOD: 10 fM (DNA, PNA/SiNW)；LOD: 10 nM (thrombin, aptamer/swCNT)；LOD: 50 nM (thrombin, aptamer/CPPy NT)；LOD: 100 nM (glucose, GOx/swCNT)；LOD: 20 nM (glucose, GOx/graphene-chitosan)；LOD: 10 nM (acetylcholine, AChE/swCNT)；LOD: 15.9 nM (glutamate, GLDH/mwCNT-thionine)；LOD: 760 nM (lactate, LDH/mwCNT-chitosan)；LOD: 520 nM (ethanol, ADH/mwCNT-chitosan)；LOD: 1.4/0.14 nM (PSA, anti-PSA Ab/swCNT-In2O3 NW)；LOD: 2 ng/mL (IgG, AuNP-anti-IgG/graphene)；LOD: 1 U/mL (CA125, Ab/PPy)；LOD: 0.09 pg/mL (PSA/PSA-ACT/CEA/mucin-1, Ab/SiNW)；LOD: 4 pM (DNA, anti-hapten Ab/GMR)；LOD: 100 fM (odorant, OR/swCNT)；LOD: 10 fM (odorant, OR/CPPy)；LOD: 100 fM (bitter tastant, taste receptor/swCNT)；线性范围: 4–250 pM (target DNA, GMR)；LOD: 5 ng/mL (PSA, anti-PSA Ab/In2O3 NW-swCNT)
效应效果
该文综述强调纳米生物传感器可实现无标记、实时电学检测，并具备高灵敏与高选择性。代表性结果包括：ssDNA/swCNT检测DMMP达25 ppm且识别层至少50次循环可重复；SiNW-FET可区分单碱基错配DNA，PNA/SiNW达10 fM；PSA在血清中可低至0.09 pg/mL（文本另报0.9 pg/mL），CA125可在人血中无预处理检测；IgG响应在20 ng/mL饱和并能排除IgM、HRP干扰；GMR系统检测DNA线性范围4–250 pM；SiNW/石墨烯FET可记录神经元、心肌细胞和心脏组织电信号。作者认为其可用于癌症、代谢病、遗传病诊断、药物发现与个性化医疗。
传感器的构成
- 基底/换能器：SiNW-FET、swCNT-FET、graphene-FET、In2O3 NW、GMR/GMI传感器，提供电学或磁学换能基础
- 纳米材料修饰层：swCNT、mwCNT、graphene/TRGO、CPPy NT、SiNW，作为导电通道或界面，增强电子传输与表面响应
- 功能化/链接层：1-吡啶丁酸（1-PBA）、MPTMS、ATPES、3-膦酸丙酸、EDC，用于共价或非共价固定生物分子
- 识别元件：ssDNA、PNA、适配体、葡萄糖氧化酶（GOx）、抗体、嗅觉受体（OR）、味觉受体、全细胞，负责特异性识别
- 信号标记/放大元件：磁性纳米颗粒（MNP）、超顺磁颗粒、AuNP-抗体偶联物、酶催化产物，用于磁信号或电化学放大
- 读出层：源漏电极、电流/电导/电阻/磁阻抗测量电路，将生物识别事件转换为电信号
中文摘要
纳米材料与生物识别元件的结合推动了新型纳米生物传感器的发展。该文综述了用于生物医学应用的多种纳米材料生物传感器，包括碳纳米管（CNT）、石墨烯、导电聚合物纳米管（CPNT）和硅纳米线（SiNW）等换能材料，以及DNA、肽核酸（PNA）、适配体、酶、抗体、感觉受体和全细胞等识别元件。文章讨论了纳米材料的功能化方法、场效应晶体管（FET）、巨磁阻（GMR）和巨磁阻抗（GMI）等信号转换机制，以及DNA、蛋白质、葡萄糖、气味分子、病毒和细胞电生理信号等检测应用。作者指出，纳米生物传感器具有无标记、实时、高灵敏和高选择性等优势，有望用于疾病诊断、遗传筛查、药物发现和个性化医疗。
英文摘要
The combination of nanomaterials and biological sensing elements to selectively recognize chemical or biological molecules has resulted in the development of novel nanobiosensors. Nanobiosensors offer several important advantages over conventional biological procedures, and could have a significant impact on humankind. Hence, the momentum toward building miniaturized, reliable, sensitive, and selective sensing instruments has focused on combining nanomaterials with biomolecules for detection of a wide range of analytes. In this article, we present an overview of the various nanomaterial-based biosensors that utilize different biological recognition elements for biomedical applications. In this review, several types of nanomaterial-based biosensors along with their applications are discussed, including the latest developments in the field of nanobiosensors for biomedical applications.