生物传感器技术的最新进展

生物传感器是一种利用其生物受体实体检测分析物存在的设备，具有与其分析物相对应的独特特性。这些分析物中的大多数通常是物理性质的，例如DNA、蛋白质、抗体和抗原，但它们也可能是简单的化合物，包括葡萄糖、H2O2、毒素等。生物传感器在提供有关分析物组成的实时定量和定性信息方面的重要性有所提高。传感机制包括将目标结合相互作用转换为光学、电化学信号等。，可以放大和检测。

纳米材料（NM）在生物传感方面显示出巨大的潜力，由于其尺寸极小和适当的表面修饰，它们可以与目标生物分子进行密切的相互作用。纳米材料似乎是一种潜在的可能性，因为它们能够将更多的生物感受器单元固定在受限装置中，甚至可以作为一种转导元件，从而提高灵敏度，降低特定分子的检测限。纳米材料已广泛用于疾病相关分子生物标记物的体外检测和成像，对比以绘制生物标记物在体内的分布。本章总结了纳米材料，如金纳米粒子、量子点、聚合物纳米粒子、碳纳米管、纳米金刚石和石墨烯纳米结构材料，这些材料目前正在被研究或用作生物传感器。

最近，碳基纳米材料（CBNM）被广泛用于由于其出色的物理化学特性，化学和生物传感应用力学、热学、光学、电学和结构多样性等特性。这样的材料包括碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯量子点和富勒烯。由于其独特的特点，这些产品具有超强的强度，导电性，以及对多种化学和生物的灵活性物体，这是有价值的化学传感和生物传感目的。然而特殊的固有特性使石墨烯和碳纳米管（CNT）在碳的各种同素异形体中具有吸引力。因为环境ppm水平的污染物影响人们，因此使用CBNM环境感知为建模提供了一个可访问的数据缓存使监测环境挑战变得容易。因此，生物、化学、，热、应力、光学、应变和流量传感器提供了更大的表面积具有化学稳定性的导电性，以及碳纳米管的直接功能化途径改善旧式碳电极传感器平台。因此，在本章中，用于传感目的的CBNM重点关注其机制。

石墨烯、杂化石墨烯化合物等碳基材料（HCOG）、石墨烯纳米板（GNP）、氧化石墨烯（GO）、还原石墨烯氧化物（RGO）和石墨烯量子点（GQD）及其衍生物，如石墨烯、石墨酮、石墨炔、石墨烯和氟石墨烯是直接的石墨烯基纳米材料（GBN）的后代。GBN是石墨烯衍生物单层和多层石墨烯产品。他们的掺杂版本已经标记在过去十年中，由于它们的物理和化学性质。石墨烯已成为在传感、气体分离、水净化、生物技术、，疾病诊断、生物工程和生物医学。石墨烯纳米材料也发挥着作用在表面工程（生物结合）中发挥重要作用，提高其性能石墨烯基材料的体内外稳定性和功能性的提高纳米材料，可实现单/多模式图像光学成像，正电子放射断层成像、磁共振成像和光热疗法，光动力疗法和癌症中的药物/基因传递。石墨烯纳米粒子具有石墨烯的天然荧光特性有助于对癌细胞进行生物成像。他们是有前景的药物载体，适合其靶向选择性，容易化学增敏、功能化和良好的药物负载能力。铁基石墨烯复合材料是与其他可伴生的探索材料一起制造的具有生物界面首选唯一性的新型杂交复合物。

为了分析细胞环境的物理化学测量结果并以数字单位显示，生物传感器采用了转换方法。无标签生物传感器利用光谱方法、结晶和表面等离子体共振（SPR）等生物物理特性来确定物质的可用性或浓度。SPR是一种阐明生物分子之间相互作用的方法，在病理条件下表现出亲和力结合、结构变化或改变。SPR方法现在与各种传感器拓扑结合使用，包括光纤、基于纳米颗粒的SPR、固定或局部SPR（LSPR）、远程SPR、图像SPR、基于免疫组分的SPR和相敏SPR生物传感器的多功能配置允许早期检测多种疾病，如新型冠状病毒肺炎、登革热、非侵袭性癌症、基于生物标记物的胎儿识别、治疗性抗体表征、药物监测等。SPR系统在诊断和治疗领域处于领先地位，具有多种优势，如体积小、成本效益高、见效快、方法简单易行，但从长远来看，这项技术需要发展，以确保高灵敏度，避免背景效应，并发展出无标记的直接检测器来量化真实样本。本章回顾了SPR及其相关生物传感器临床样品的模型仪器和生物测定。

“谨慎是安全之母”。癌症早期诊断提供更好的药物治疗反应。目前，大多数癌症是在全身转移后确诊。这导致了临床诊断对有效和精确的癌症检测方法的要求。在过去几十年里，大多数研究人员都集中精力开发基于生物传感器的潜在快速检测技术的努力针对各种可怕的人类健康相关疾病的技术，例如心血管疾病、癌症、糖尿病等。年取得了重大进展由于设计技术增强了敏感性、特异性和重复性。诊断治疗的发展医学得到了其他科学领域显著进步的帮助，包括遗传学、化学、微电子工程和计算生物学。作为结果，高效、准确、快速和稳定的传感平台获得了成功开发用于基于特定和超灵敏生物标记物的疾病诊断。生物传感器是一种分析设备，旨在通过转换生物实体对强大电信号的反应（DNA、RNA、蛋白质）。这个生物传感器装置将生物成分与理化检测器结合在一起，用于检测分析物（生物样品）。生物传感器的发现促进了大规模癌症的潜在临床诊断。生物传感器可以设计为检测新出现的癌症生物标志物并确定不同靶点的药物疗效。生物传感器技术有潜力用作准确和令人印象深刻的癌细胞成像，追踪癌细胞血管生成和转移，以及评估该疾病的治疗效果。本章将提供一个快速癌症早期诊断面临的挑战概述，深入了解生物传感器技术如何被用作可靠的诊断工具，并强调生物传感器技术在未来的潜在用途。

纳米技术对环境研究有着深远的影响，基础设施、能源、食品标准、信息技术和医药。在生物医学、纳米技术的主要目的是为预防性护理提供解决方案，诊断和治疗。生物传感器极大地改变了医疗行业通过提供现场诊断功能。自1962年以来，生物传感器的组合纳米技术对治疗学和组织学做出了重大贡献生物传感器是监测生物化学相互作用的诊断设备并将其转换为可测量的电气、光学或机械信号。这个组织工程技术在后现代时代得到了广泛的应用生物医学应用的缺点、移植物排斥反应、功能组织的恢复，以及组织再生部位的特殊性。这个评估细胞计数、生长、代谢活性和据报道，再生器官支架的生存能力是劳动密集型的耗时。生物传感器已经迅速发展并影响了组织工程在过去几十年里。纳米医学的最新发展生物材料科学使他们能够克服长期以来的挑战。生物传感器用于组织工程和再生医学（TERM），不同于其他生物系统，必须符合上述要求：（i）生物相容性，对异物无反应或反应很小；（ii）非侵入性同时探索靶向生物标记物的整体三维结构；和（iii）应提供长期监测（几天到几周）。本章提供了全套生物传感器及其在组织领域的应用工程与再生医学（TERM）。本章回顾了当前纳米生物传感器的突破及其在组织工程中的应用用于诊断目的的承诺。

生物传感器是一种将生物反应转化为可检测的装置电信号。近年来，生物传感器受到了广泛关注，因为在疾病诊断、检测等领域的大量应用环境污染物、食品质量分析和药物研究。在各种类型的生物传感器中（如基于酶的、免疫传感器、DNA生物传感器、热生物传感器和压电生物传感器）DNA生物传感器正在广泛应用由于优越的生物相容性、热稳定性和替代性而被采用功能化。近年来引入的DNA生物传感器包括基于适配体的传感器、基于分子信标的生物传感器、基于荧光的传感器、，基于杂交的传感器和基于电化学的DNA生物传感器。本章重点介绍了基于DNA的领域的基本知识和最新进展生物传感器。本章还重点介绍了基于DNA的生物传感器在生物技术和相关领域的不同领域中的重要性和广泛应用。

生物医学诊断研究在现代医学专业。传染病检查，初检，慢性疾病治疗、临床服务和健康追踪是多种多样的生物传感器的应用。先进的生物传感器技术允许识别疾病和检查患者对药物的反应。传感器技术对于广泛的低成本和实用的医疗发展至关重要器具。生物传感器提供了许多可能性，因为它们是明确的，可以上升并且能够合成程序。心血管疾病（CVD）是现在被认为是主要的死亡原因。据估计到2015年，死于心脏病和中风的人数将接近2000万。风险事件通过认识到这些挑战，可以最大限度地减少与之相关的意外死亡涉及其开始、症状和早期检测。因此，本章旨在为脑血管病的诊断和治疗提供思路。生物传感器，创建为用作快速筛查工具，早期检测疾病生物标志物对病情进行分类，正在彻底改变CVD的诊断和预后。生物传感器已变得更快、更准确、便携式和环保型诊断由于跨学科研究领域的进步而产生的设备。

管理不断增长的人口的粮食需求至关重要。食品安全对健康很重要，但保持营养和食品质量也很重要为了更好的健康。食品的储存和包装应小心有序避免食品污染，确保食品长期储存。有多种类型可能污染食物并导致食物中毒、食源性疾病、过敏和其他健康问题。对于食品质量检查，使用传统程序，如色谱法，但这些都是耗时、劳动密集型的，需要一名仪器专家。它定期、尽快地检查食品质量至关重要。克服这些问题的最佳方法是使用生物传感器。作为食物添加剂和污染物，生物传感器是非常快速、灵敏和选择性的。生物传感器配备有换能器和生物识别元件，允许他们评估食品质量。杀虫剂、毒药、微生物生长、蛋白质、，金属、脂肪酸、抗生素、维生素和其他化合物都可以在使用生物传感器的食物。生物传感器在食品中有广泛的应用但也存在对新颖、廉价、简单、小型、，用于食品分析的便携式多功能生物传感器。生物传感器也可以检测整个包装过程中的食品添加剂和污染物

几种人为活动，化学制造、采矿、核废物、油漆、金属加工、农业活动、化妆品和工业活动与废水中的重金属污染有关。重金属，如砷、镉、铬、铅、汞和镍不可生物降解且剧毒。他们可以直接或间接进入食物链并导致一些健康问题，如癌症、肝肾、哮喘和精神病延迟。电感耦合等离子体质谱等分析方法（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）、紫外可见光谱和色谱法被广泛应用于重金属的监测污染物。这些方法具有足够的灵敏度和选择性，但这些方法成本高、耗时长，并且需要样品制备。目前，生物传感器被认为是传统重金属的替代品监测方法具有高灵敏度、高选择性、低成本和简单性。在此，作者报告了几种生物传感器及其在重金属监测中的应用金属污染。