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
DNA（DNA，缓冲液）、抗体/IgG（antibody/IgG，血清或全血）、HRP（HRP，缓冲液）、蛋白酶（pepsin/subtilisin，缓冲液）、脂质A（lipid A，细菌样品）、胆固醇/胆红素/ALT/AST（cholesterol/bilirubin/ALT/AST，血清或代谢样品）、甘油三酯（triglycerides，食品/代谢样品）
检测原理
pSi 生物传感器以多孔硅薄膜为换能器。生物识别元件固定在 pSi 表面或孔内，目标物结合后改变孔内介质折射率、电荷分布或介电常数。光学型中，pSi 单层/微腔形成 Fabry–Perot 干涉或光子带隙，结合事件使反射峰波长或有效光学厚度（EOT）发生红移/蓝移，由白光-CCD 光谱读出。放大策略包括双链 DNA 负电荷吸引空穴诱导 pSi 氧化腐蚀，HRP 或镍(II)cyclam 催化氧化腐蚀，以及酶促 H2O2 腐蚀。电化学型中，带电分子结合改变空间电荷区，引起阻抗变化；酶促反应产生 H2O2 或 pH 变化，产生安培或电位信号。
检测灵敏度
综述未给出单一传感器统一指标；代表性原文数值：DNA 线性范围 10^-15–10^-6 M，灵敏度 ~10^12 nm·L/mol，LOD 9×10^-15 g/mm2；streptavidin 线性范围 10^-12–10^-5 M，LOD 5.5×10^-14 g/mm2；microcavity GST 线性范围 1–40×10^-6 M，LOD 5×10^-11 g/mm2；antibody 线性范围 2–10×10^-3 g/mL，灵敏度 0.325 nm·L/g；intimin-ECD 线性范围 4–15×10^-6 M，灵敏度 3×10^5 nm·L/mol；cholesterol 线性范围 1–50×10^-3 M，灵敏度 0.2656×10^-3 A·L/mol；bilirubin 线性范围 2–20×10^-6 M，灵敏度 0.15354 A·L/mol；ALT 线性范围 1.3–250 U/L，灵敏度 0.13698×10^-6 A·L/U；另报道 HRP 抗体 125 ng/mL、pepsin 7 mM、subtilisin 37 nM、GST 50 pg/mm2、lipid A ~1.7 mg、DNA 阻抗 100 nM。
效应效果
综述显示 pSi 传感器选择性较好：双层 pSi 可用尺寸排阻区分大/小分子；微腔检测兔 IgG 线性 2–10 mg/mL，交叉反应低；intimin-ECD 在 E. coli 裂解液中可特异性识别。蓝移传感器比红移高约 10^5 倍，OSPA 可监测 10 ppm 折射率变化和 100 pg/mm2 蛋白；DNA 腐蚀法达 0.1 amol/mm2，HRP 抗体 125 ng/mL。智能培养皿在 50 mM Cd2+ 后约 2 h 检测到细胞损伤，早于常规活/死染色。作者认为其响应快、样本量低、可无标记和多路复用，但部分浓度灵敏度低于 ELISA，商业化需解决成本、HF 处理及全血干扰。
传感器的构成
- 基底/换能器：单晶硅（c-Si）与多孔硅（pSi）薄膜，提供大比表面积及光学/电化学换能
- 稳定修饰层：氧化硅（SiO2）、硅烷化/氢硅化/电聚合层，稳定 pSi 并引入官能团
- 识别元件：抗体、DNA 探针、生物素-链霉亲和素、蛋白酶底物肽、受体 TWTCP 或酶，实现特异性结合
- 信号标记/放大：HRP、镍(II)cyclam 催化标签、双链 DNA 电荷诱导腐蚀，放大折射率或电化学信号
- 封闭/抗非特异层：牛血清白蛋白（BSA）或聚苯乙烯（PS）涂层，降低非特异吸附或支持细胞粘附
- 电化学底物/信号分子：H2O2、酶促产物或 pH 变化，用于安培、阻抗或电位读出
中文摘要
生物传感器研究快速发展，市场潜力覆盖生物医学诊断、环境监测、兽医和食品质量控制。多孔硅（pSi）是一种纳米结构材料，有望在生物传感器开发中发挥核心作用。其优势包括制备简便快速、光学与形貌特性可调（孔径和孔隙率可调）、比表面积大以及表面化学多样。过去十年，基于 pSi 的光学和电化学换能器已开展多种原理验证研究。本文综述这些进展，比较不同换能器的灵敏度、稳健性和抗干扰能力，并讨论通过信号放大提高灵敏度的策略。pSi 可形成单层、双层、Bragg 反射镜、微腔和 rugate 滤波器，通过反射干涉或光子共振检测生物分子结合引起的折射率变化；也可利用光致发光或电化学阻抗/安培/电位信号。作者指出 pSi 传感器在响应时间、低样本量和无标记检测方面优于 ELISA，但商业化仍面临成本、器件稳健性和全血基质干扰等挑战。
英文摘要
Biosensor research is a rapidly expanding field with an immense market potential spanning a broad spectrum of applications including biomedical diagnostics, environmental monitoring, veterinary and food quality control. Porous silicon (pSi) is a nanostructured material poised to take centre stage in the biosensor development effort. This can be ascribed to the ease and speed of fabrication, remarkable optical and morphological properties of the material (including tuneable pore size and porosity), large internal surface area and the versatile surface chemistry. The past decade has, therefore, seen diverse proof-of-principle studies involving pSi-based optical and electrochemical transducers, which are highlighted here. We also provide comparative analysis of transducer sensitivity, robustness and susceptibility to interferences and cover strategies for sensitivity enhancement by means of signal amplification.