Обзор биосенсоров и современные разработки биосенсоров на основе наноструктурированных материалов

Биосенсор представляет собой интегрированное устройство, объединяющее рецептор и преобразователь, которое может преобразовывать биологический ответ в электрический сигнал. В последнее десятилетие разработка биосенсоров привлекает повышенное внимание исследователей благодаря широкому спектру их применений, включая здравоохранение и диагностику заболеваний, экологический мониторинг, контроль качества воды и пищевых продуктов, а также доставку лекарственных препаратов. Основные задачи развития биосенсоров включают: (i) эффективное улавливание сигналов биораспознавания и их преобразование в электрохимические, электрические, оптические, гравиметрические или акустические сигналы; (ii) повышение эффективности преобразователя, то есть увеличение чувствительности, сокращение времени отклика, обеспечение воспроизводимости и достижение низких пределов обнаружения, вплоть до выявления отдельных молекул; (iii) миниатюризацию биосенсорных устройств с использованием технологий микро- и нанопроизводства. Решению этих задач способствует интеграция сенсорных технологий с наноматериалами — от нульмерных до трёхмерных, обладающими высоким отношением площади поверхности к объёму, хорошей электропроводностью, устойчивостью к механическим воздействиям и возможностью управления цветом. К наноматериалам, применяемым при создании нанобиосенсоров, относятся наночастицы, отличающиеся высокой стабильностью и высокой ёмкостью носителя; нанопроволоки и наностержни, обеспечивающие высокую чувствительность обнаружения; углеродные нанотрубки с большой площадью поверхности и высокой электрической и теплопроводностью; а также квантовые точки с регулируемыми цветовыми характеристиками. Кроме того, наноматериалы сами могут выполнять функцию элементов преобразования сигнала. В этом обзоре представлена эволюция биосенсоров, рассмотрены их типы в зависимости от рецепторов и преобразователей, а также современные подходы к созданию биосенсоров с использованием наноматериалов, включая наночастицы, например наночастицы благородных металлов и оксидов металлов, нанопроволоки, наностержни, углеродные нанотрубки, квантовые точки и дендримеры, и последние достижения в области биосенсорных технологий, обусловленные развитием нанотехнологий.