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
单链DNA（ssDNA，TE缓冲液）、单核苷酸多态性（SNP，TE缓冲液）、微囊藻毒素-LR（MC-LR，环境水样/溶液）、银离子（Ag+，溶液）、前列腺特异性抗原（PSA，临床样品）、流感抗原（influenza，临床样品）、毒素（toxins，环境样品/溶液）、重金属离子（heavy metal ions，环境水样/溶液）、Caspase-3活性（活细胞）
检测原理
本综述涵盖多类金属纳米结构传感机制。以AuNP阵列DNA传感器为例，硫基ssDNA探针固定在相邻AuNP间，目标DNA杂交形成dsDNA；双链DNA导电性高于单链，并在纳米间隙形成导电桥，使阵列电阻下降。错配碱基对越多，dsDNA导电性越低，响应越小，可区分完全互补序列与1-bp错配SNP。引入46 nm与12 nm AuNP桥接结构后，杂交形成额外电路，灵敏度较单颗粒系统提高约1000倍。其他机制包括AuNP聚集导致LSPR红移和颜色变化、AuNR端端/侧侧组装改变纵向SPR、空心金纳米结构内外等离子体耦合提高折射率灵敏度及SERS增强。
检测灵敏度
LOD: 5 ng mL−1；LOD: 5.0 fmol；信噪比: S/N > 40；灵敏度: 较单颗粒系统高1000倍
效应效果
40 nm AuNP消光系数约2×10^9 M−1 cm−1，灵敏度提升约2.2×10^4倍；AuNP阵列DNA传感器2 min内稳态，S/N>40，可区分完全互补与1-bp、11-bp错配，1-bp错配响应放大，适用于SNP检测；桥接AuNP阵列LOD为5.0 fmol，灵敏度比单颗粒系统高1000倍。空心金纳米立方体S为620 nm/RIU，高于实心金球约40、金立方约80和金纳米棒150–283 nm/RIU；空心金纳米球SERS一致性较AgNP提高约10倍。AuNR端端组装检测MC-LR灵敏度更好，PSA和流感试纸条已商业化。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：石英玻璃基底上的Pt指叉微电极（Pt interdigital microelectrode, quartz glass），提供导电通道并用于电阻测量
- 纳米材料修饰层：50 nm金纳米颗粒（AuNP）与1,10-二巯基癸烷（1,10-decanedithiol）交替沉积形成AuNP–烷基链–AuNP阵列，构建约1.3 nm纳米间隙
- 识别元件：5′端硫基12-mer单链DNA探针（ssDNA probe）固定在相邻AuNP之间，用于捕获目标DNA
- 信号标记物：无外源标记物，杂交形成的双链DNA（dsDNA）承担导电桥作用
- 放大/桥接结构：46 nm AuNP与12 nm AuNP探针构成开桥结构，杂交后形成额外电路以提高灵敏度
- 读出层：电阻测量电路，监测AuNP阵列电阻下降并输出S/N信号
中文摘要
过去几十年，研究者发展了多种合成路线，可制备球形、棒状、立方、空心等不同形状金属纳米结构。由于这些纳米结构具有块体材料不具备的优异性质，其应用受到广泛关注。本综述报道了金属纳米结构在临床与生物传感器领域的近期进展。第一部分重点介绍不同形状金属纳米结构的合成方法及其光学性质；第二、三部分介绍金纳米颗粒（AuNP）的组装与阵列，并说明金属纳米结构与生物实体之间的共价和非共价偶联方法；最后一部分综述利用不同形状金属纳米结构开展生物分析应用的最新进展，包括比色、光学、电化学、SERS及DNA传感等。
英文摘要
Many successful synthesis routes for producing different shapes of metallic nanostructures, including sphere, rod, cube, and hollow shapes, have been developed in the past few decades. Many applications using these nanostructures have been studied because the outstanding properties of the nanostructures are not exhibited by their bulk-state counterparts. This review paper reports some recent developments in clinical and biosensor applications. The first part focused on the synthesis methods of metallic nanostructures having various shapes along with their optical properties. The second and third part is an introduction of the gold nanoparticle assemblies and arrays, explaining the conjugation methods of metallic nanostructures with biological entities. The final part reviews on the recent bioanalytical applications using various shapes of metallic nanostructures.