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
病毒（virus）、药物（drug）、毒素（toxin）、重金属离子（heavy metal ions）、循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTCs）；样品基质：细胞培养液、微流控培养环境、血液
检测原理
全细胞生物传感器以活细胞作为识别元件，被测物（病毒、药物、毒素、重金属离子或肿瘤细胞）进入微流控培养环境后与细胞相互作用，引起细胞膜电容、膜电阻、细胞形态、黏附状态或电生理活动变化。在微电极阵列上施加小幅度交流电场时，低频下细胞膜近似绝缘，电流主要受细胞覆盖面积、体积和膜阻抗影响，因此细胞状态改变会表现为阻抗谱变化。对于场效应晶体管，细胞/电解质界面电位或离子浓度变化调制栅极绝缘层附近的载流子浓度，改变漏源电流；对于光寻址电位传感器，表面电位叠加在偏压上，调制光产生交流光电流。该类方法通常无标记，依靠细胞层或单细胞响应实现内源信号放大，可实时监测被测物浓度或毒性效应。
检测灵敏度
原文未报告具体 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
综述强调全细胞微流控电学传感器具有较高灵敏度、选择性和快速响应能力，可实时、无标记、非侵入地监测细胞对病毒、药物、毒素、重金属离子和癌细胞的反应。与 PCR、ELISA 和动物实验相比，其微流控芯片可降低成本、减少样品量并支持床旁或连续监测。文中指出，心肌细胞传感器可在约 15 分钟内检测到重金属离子引起的动作电位改变；金微电极阵列可在单细胞水平无标记计数乳腺癌细胞；电化学阻抗谱可监测病毒诱导的细胞死亡和药物毒性。作者认为该类器件适用于病原与毒素筛查、药物发现、单细胞分析和癌症早期诊断，但细胞保质期、长期稳定性和非专业人员使用仍是转化挑战。
传感器的构成
- 微流控基底：PDMS、PMMA、COC、TOPAS、玻璃或硅，构成通道、封装与细胞培养环境
- 换能电极：Au、Pt、PEDOT:TsO、PPy 微电极阵列或微电极，采集细胞电信号
- 表面修饰层：细胞外基质蛋白、PIPAAm，改善细胞黏附或实现温度响应脱附
- 识别元件：哺乳动物细胞、心肌细胞、神经元、肿瘤细胞，作为活细胞识别与响应单元
- 信号标记物：无标记(label-free)，以细胞膜电容/电阻、形态或电生理变化作为内源信号
- 读出系统：电化学阻抗谱(EIS)、场效应晶体管(FET)、光寻址电位传感器(LAPS)，输出阻抗/电流/电位
中文摘要
基于细胞的生物传感器将哺乳动物细胞等复杂生物识别元件与微流控器件相结合，为医学诊断和个性化医疗开辟了新方向。该类器件通常具有结构简单、成本低廉、可一次性使用等特点，能够以活细胞作为识别单元，实时响应病毒、药物、毒素、重金属离子及肿瘤细胞等刺激。本文综述了微流控全细胞生物传感器中电学与电化学换能技术的最新进展，重点讨论微流控芯片材料、微电极与导电聚合物传感单元、细胞培养与梯度生成设计，以及电化学阻抗谱、场效应晶体管和光寻址电位传感器等换能原理。作者指出，电学检测易于集成、响应快速、可无标记监测细胞膜阻抗、形态和电生理变化，有望用于病原与毒素筛查、药物发现、单细胞分析和癌症早期诊断，并具备向床旁检测发展的潜力。
英文摘要
Cell-based biosensors provide new horizons for medical diagnostics by adopting complex recognition elements such as mammalian cells in microfluidic devices that are simple, cost efficient and disposable. This combination renders possible a new range of applications in the fields of diagnostics and personalized medicine. The review looks at the most recent developments in cell-based biosensing microfluidic systems with electrical and electrochemical transduction, and relevance to medical diagnostics.