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)、DNA序列、抗原/蛋白质（如HCG、CEA、α-血栓素）、H2O2、有机磷农药、2,4-D、E. coli O157:H7、病毒（MHV68、H9禽流感）、腺苷、尿素、亚硝酸盐、LDH等；样品基质包括血清、尿液、血液、食品、环境水样、细胞/组织裂解液、转基因玉米样品
检测原理
纳米材料基生物传感器通常以GCE、硅纳米通道或GMR膜为换能基底，表面修饰GNP、CNT、QD、MNP、ZnO等纳米材料，再固定抗体、适配体、酶或DNA探针。当被测物与识别元件发生抗原-抗体、适配体-目标、酶-底物或DNA杂交反应时，界面组成、电子转移、表面等离子共振、荧光强度或磁阻发生变化。电化学体系通过安培/伏安/阻抗读出电流或阻抗变化；比色体系利用GNP聚集引起吸收峰移动；荧光体系利用QD发射变化；磁阻体系利用磁性标记改变电阻。放大策略包括GNP/CNT复合增强电子转移、HRP催化底物、QD强荧光、磁性微球富集、F0F1-ATPase质子泵等，使信号随被测物浓度增强。
检测灵敏度
LOD: 40 pg/mL；线性范围: 0.125–80 ng/mL；LOD: 2.8 mol/L；动态范围: 10^-9 M–10^-6 M；LOD: 10^-10 M；灵敏度: 0.06 Ω/Oe (150–230 Oe)；磁阻: 3.20% at 235 Oe；葡萄糖范围: 0–20 mM；单根GNR: 1 nM streptavidin 引起 0.59 nm 波长移动，可测 0.3 nm
效应效果
综述报道的纳米传感器普遍具有较高选择性和灵敏度。GNP/CNT免疫传感器线性范围0.125–80 ng/mL，LOD 40 pg/mL；HRP-GNP传感器长期稳定性好、重现性佳。GNR免疫传感器动态范围10^-9–10^-6 M，可预期达飞摩尔级；单根GNR可测0.3 nm波长移动。DNA传感器可区分PAT基因序列，LOD 2.8 mol/L；葡萄糖传感器覆盖0–20 mM生理范围；农药检测可达10^-10 M。GMR器件可检测一滴血中的磁性纳米颗粒，E. coli O157:H7磁阻免疫传感器结合微流控实现定量。作者认为其有望用于临床诊断、食品安全和环境监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃碳电极(GCE)、硅纳米通道、GMR自旋阀传感膜，提供电、光、磁信号转换基础
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒(GNP)、金纳米棒(GNR)、碳纳米管(CNT/SWNT/MWNT)、磁性纳米颗粒(MNP/Fe3O4)、量子点(QD/CdTe/CdSe)、ZnO、TiO2、纳米SiO2，增强比表面积、导电性、光学或磁性响应
- 识别元件：抗体(Ab)、适配体(aptamer)、酶(HRP/GOx/AChE/LDH)、DNA探针(ssDNA)、血红蛋白(Hb)，实现抗原、DNA、小分子或底物特异性识别
- 信号标记/放大：HRP-GNP、亚甲基蓝(MB)、CdTe/CdSe量子点、磁性微球(MDMS/MCMS)、F0F1-ATPase，用于催化、荧光或磁性信号放大
- 信号读出：电化学伏安/安培/阻抗、比色吸收光谱、荧光光谱、暗场显微光谱、GMR磁阻、纳米通道电流，输出浓度相关信号
中文摘要
近年来，纳米材料在生物传感器中的应用取得重大进展，其对生物传感器基础发展的重要性已得到公认。特别是金纳米颗粒、碳纳米管、磁性纳米颗粒和量子点等纳米材料，因具有独特的物理、化学、光学、磁学性质，被积极研究用于生物传感器，使生物检测与材料科学之间形成新的交叉前沿。本文综述了该领域近几年的主要进展，探讨了纳米材料基生物传感器在疾病诊断和食品安全检测中的应用前景，并讨论了当前面临的问题、研究途径与挑战，旨在激发更广泛的研究兴趣，推动纳米材料基生物传感器的发展及其在临床诊断、食品安全和环境监测中的应用。
英文摘要
In recent years there has been great progress the application of nanomaterials in biosensors. The importance of these to the fundamental development of biosensors has been recognized. In particular, nanomaterials such as gold nanoparticles, carbon nanotubes, magnetic nanoparticles and quantum dots have been being actively investigated for their applications in biosensors, which have become a new interdisciplinary frontier between biological detection and material science. Here we review some of the main advances in this field over the past few years, explore the application prospects, and discuss the issues, approaches, and challenges, with the aim of stimulating a broader interest in developing nanomaterial-based biosensors and improving their applications in disease diagnosis and food safety examination.