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
前列腺特异性抗原（PSA）、甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）、CA125、CA15-3、CA19-9、铁蛋白（ferritin）、人绒毛膜促性腺激素（hCG）、心肌肌钙蛋白T/I（cTnT/cTnI）、C反应蛋白（CRP）、皮质醇（cortisol）、孕酮（progesterone）、血小板源性生长因子（PDGF）、凝血酶（thrombin）、乙肝病毒DNA（HBV DNA）、人乳头瘤病毒DNA（HPV DNA）等；样品基质：血清、血浆、唾液、尿液、组织裂解液、缓冲液。
检测原理
本综述涵盖多种生物传感器原理。免疫/核酸识别元件与目标物结合后，引起界面质量、电荷、光学或电化学性质变化，并由换能器转换为可测信号。电化学免疫传感器中，固定抗体捕获 PSA 等抗原后，HRP 标记二抗结合复合物，催化底物产生氧化还原电流，电流随抗原浓度升高；SWNT/CNT 修饰增强电子传递并提高酶负载，实现信号放大。SPR 通过表面结合引起折射率变化实时监测结合事件；FRET 通过抗原结合改变供体-受体距离，改变荧光能量转移；适配体结合目标后折叠，使电活性标记靠近电极，电流增加；磁珠/纳米颗粒用于捕获与放大。
检测灵敏度
PSA SWNT 免疫传感器：检出限 4 pg/ml；PSA 免疫层析电化学传感器：检出限 0.02 ng/ml；PSA SPR 传感器：低至 1 ng/ml，夹心格式在缓冲液和血清中分别低至 10.2 和 18.1 ng/ml；孕酮：EC50 2 ng/ml，LOD 32 pg/ml；皮质醇：缓冲液中检出限 0.36 ng/ml，唾液中 1 ng/ml；cTnI FRET 传感器：缓冲液中 32 nM，人血浆中 55 nM；cTnT SPR 传感器：线性范围 0.05–4.5 ng/ml，CV 4.4%；CRP 磁传感器：检出限 0.025 mg/l；PDGF 适配体传感器：检出限 50 pM；凝血酶适配体传感器：缓冲液中 0.45 nM；凝血酶纳米颗粒放大传感器：7.82 aM。
效应效果
综述强调真实样品验证仍不足，重点选取有真实样品或参考方法对比的工作。代表性结果：多标志物电化学芯片与单标志物 ELISA 相当，血清对照与临床分析仪一致性 within 8%；PSA SWNT 免疫传感器与 ELISA 95% accuracy，组织裂解液可区分免疫组化不能区分的 PSA 差异；PSA 免疫层析电化学传感器加标回收率 105–111%；SPR cTnT 与 ECLIA 95% confidence 一致，CV 4.4%；CRP 磁传感器在血清、唾液、尿液加标校准良好；PDGF 适配体在 50% 稀释血清检测；凝血酶适配体在加标血清/血浆及原位凝血酶生成中相关良好。作者主张床旁、快速、低成本、多标志物检测，但需稳定性与临床验证。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：导电表面，经 Nafion-iron oxide 修饰，提供导电界面并固定 SWNT
- 纳米材料修饰层：20–30 nm 末端羧基化单壁碳纳米管（SWNTs）自组装成 SWNT 森林，增强抗体固定与电子传递
- 识别元件：PSA 捕获抗体（primary anti-PSA antibody）固定于 SWNT 森林，特异性结合 PSA
- 信号标记物：HRP 标记二抗（HRP-secondary antibody）结合 PSA-抗体复合物，催化底物产生电化学信号
- 信号放大元件：多壁碳纳米管（CNT）负载 HRP 的二抗（HRP-CNT），提高 HRP/抗体比例并放大电流
- 信号读出：电化学检测，记录 HRP 催化底物产生的氧化还原电流
中文摘要
目前，多数生物标志物检测在集中式专用实验室中使用大型自动分析仪完成，导致等待时间延长和成本增加。因此，开发更小、更快、更便宜的生物传感器设备，以替代耗时的实验室分析并实现患者床旁即时诊断，具有重要需求。基于生物传感器的创新策略有望在去中心化环境中可靠检测生物标志物，但在传感器设计与应用方面仍存在若干挑战和局限，需要改进以正确解释已识别和定量的生物标志物。生物传感器的发展可能是解决医学诊断中日益需要高灵敏度、快速和经济分析方法的最有希望途径之一。本综述围绕生物传感器及其在医学诊断中的应用展开，重点讨论癌症、心血管疾病和激素等生物标志物检测，并特别关注 DNA 生物传感器和适配体传感器作为免疫传感器的替代方案。
英文摘要
At present, most biomarker testing is taking place at centralised dedicated laboratories using large, automated analysers, increasing waiting time and costs. Smaller, faster and cheaper devices are highly desired for replacing these time-consuming laboratory analyses and for making analytical results available at the patient's bedside (point-of-care diagnostics). Innovative biosensor-based strategies could allow biomarkers to be tested reliably in a decentralised setting, although several challenges and limitations remain, which need to be improved, in the design and application of biosensors for the appropriate interpretation of the identified and quantified biomarkers. The development of biosensors is probably one of the most promising ways to solve some of the problems concerning the increasing need to develop highly sensitive, fast and economic methods of analysis in medical diagnostics. In this review, some consideration will be given to biosensors and their application in medical diagnostics, taking into account several crucial features.