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
蛋白质（IgG、葡萄糖氧化酶 GO、凝血酶 thrombin、血红蛋白 Hb）、DNA（寡核苷酸、p53片段）、细菌/噬菌体（大肠杆菌 E. coli、军团菌 Legionella、B8、M13）、小分子（葡萄糖 glucose、尿素 urea、阿特拉津 atrazine、有机磷农药 fenitrothion、多环芳烃 PAHs、可卡因代谢物 benzoylecgonine）；样品基质主要为水相缓冲液，部分涉及血清/血液相关样品和气相样品。
检测原理
SAW器件由压电晶体上的叉指换能器（IDT）激发表面声波；当识别元件（抗体、适配体、DNA探针、酶或MIP）捕获目标分子时，传感表面质量负载、粘滞性和介电性质改变，导致声波传播速度或衰减变化。对于谐振器结构，表现为共振频率偏移；对于延迟线结构，表现为相位或插入损耗变化。STW、SH SAW和Love波通过质量光栅或薄膜波导将声能限制在表面，降低液体中衰减并提高灵敏度。小分子检测常采用酶催化反应或免疫抑制法间接放大信号；蛋白检测可用金胶体标记增强质量负载。信号由振荡器或网络分析仪读出，随被测物浓度增加，频率/相位变化增大。
检测灵敏度
线性范围: 0.06–10 ppm（atrazine）；直接检测水平: 400 ppb（atrazine）
效应效果
综述指出，SAW生物传感器可在相关浓度范围内实时检测蛋白、DNA、细菌和小分子，但不同装置未采用统一分析参数，因此缺乏公平比较；许多报道未给出最佳灵敏度或LOD。SAW谐振器具有低插入损耗和尖锐共振，适合简单振荡器电路、便携设备和即时诊断；延迟线器件常用相位检测，但插入损耗较高。与SPR等光学方法相比，SAW系统成本低、可并行多通道、适合传感器阵列。微流控外壳样品体积可低至250 nL，S-Sens系统流池体积为6 μL并集成5个SAW延迟线器件。作者认为SAW有望与SPR竞争，用于实验室和诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：石英、LiTaO3、LiNbO3、langasite（La3Ga5SiO14）压电晶体，承载声波并产生/检测SAW
- 换能电极：铝（Al）或金（Au）叉指换能器（IDT），将电信号转换为表面声波并接收信号
- 保护/波导层：聚酰亚胺（polyimide）、聚对二甲苯（parylene C）、SiO2、PMMA、光刻胶等，保护IDT、降低液体衰减或形成Love波导
- 中间功能层：葡聚糖（dextran）、OptoDex、PEG水凝胶、脂质双分子层、富勒烯等，降低非特异结合并固定识别元件
- 识别元件：抗体、蛋白A/G、DNA探针、适配体、酶、分子印迹聚合物（MIP）等，特异性捕获目标分子
- 信号标记/放大：金胶体标记、酶催化反应、免疫抑制法复合物等，增强质量负载或界面变化
- 样品流路：流动池、SU-8微流控结构、聚酰亚胺管、聚合物外壳，输送样品并接触传感面
- 读出电子学：振荡器、网络分析仪等，检测共振频率或相位变化
中文摘要
本综述概述了基于特殊表面声波（SAW）器件的生物传感器在全球20年的发展。这类器件可在液态介质（如水或水相缓冲液）中实现生物相关分子的高灵敏检测。1987年出现首批方案，包括在锂钽酸盐（LiTaO3）基底上采用水平极化剪切波（HPSW）延迟线结构，或在石英或LiTaO3上带有周期性质量光栅的SAW谐振器结构；后者称为表面横波（STW），在液体中工作时衰减较低。随后发展了Love波器件，利用薄膜共振效应显著降低衰减。这些传感器方案均伴随相应传感膜的发展：早期采用简单吸附抗体层，后来采用多种共价结合层，例如利用中间水凝胶层。近期方案将SAW生物传感器器件嵌入具有集成流控的紧凑系统中，用于样品处理；为此可将SAW生物传感器嵌入微加工聚合物外壳。结合这两方面可扩展为通用实验室或诊断用途的多功能生物传感器阵列。
英文摘要
This review presents an overview of 20 years of worldwide development in the field of biosensors based on special types of surface acoustic wave (SAW) devices that permit the highly sensitive detection of biorelevant molecules in liquid media (such as water or aqueous buffer solutions). 1987 saw the first approaches, which used either horizontally polarized shear waves (HPSW) in a delay line configuration on lithium tantalate (LiTaO(3)) substrates or SAW resonator structures on quartz or LiTaO(3) with periodic mass gratings. The latter are termed "surface transverse waves" (STW), and they have comparatively low attenuation values when operated in liquids. Later Love wave devices were developed, which used a film resonance effect to significantly reduce attenuation. All of these sensor approaches were accompanied by the development of appropriate sensing films. First attempts used simple layers of adsorbed antibodies. Later approaches used various types of covalently bound layers, for example those utilizing intermediate hydrogel layers. Recent approaches involve SAW biosensor devices inserted into compact systems with integrated fluidics for sample handling. To achieve this, the SAW biosensors can be embedded into micromachined polymer housings. Combining these two features will extend the system to create versatile biosensor arrays for generic lab use or for diagnostic purposes.