Биосенсоры на основе нанотехнологий: основы, принципы конструирования, материалы и области применения

Биосенсоры представляют собой современные инженерные инструменты, широко применяемые в различных технологических областях, включая управление промышленными процессами, военное дело, мониторинг окружающей среды, здравоохранение, микробиологию и контроль качества пищевых продуктов. В частности, биосенсоры используют для мониторинга загрязнения окружающей среды, выявления токсичных элементов, обнаружения биологически опасных вирусов и бактерий в биологических материалах, а также для определения биомолекул в клинической диагностике. Кроме того, их применяют в медицине для мониторинга состояния здоровья, лечения хронических заболеваний и проведения исследований in vitro, например для скрининга инфекционных заболеваний с целью их раннего выявления. Возможности дальнейшего расширения применения биосенсоров весьма значительны благодаря их присущим преимуществам, включая простоту использования, масштабируемость и несложность производства. В современной медицине биосенсорные технологии получают всё более широкое распространение как масштабируемые, недорогие и высокоэффективные решения. Интеграция нанотехнологий с биосенсорами открыла путь к созданию новых механизмов детекции и усовершенствованных биосенсоров, повышающих эффективность и чувствительность существующих устройств. Интеграция компонентов наноразмерного масштаба способствует созданию биосенсоров, обеспечивающих простое и быстрое обнаружение молекул, включая единичные биомолекулы, с возможностью их последующей детальной оценки и анализа. Для изготовления нанобиосенсоров используют наноматериалы, в том числе наночастицы, нанопроволоки, углеродные нанотрубки (CNTs), наностержни и квантовые точки (QDs). Наноматериалы обладают рядом преимуществ: настраиваемым цветом, высокой чувствительностью обнаружения, большой площадью поверхности, высокой ёмкостью переноса, высокой стабильностью, а также высокой теплопроводностью и электропроводностью. В настоящем обзоре рассматриваются биосенсоры на основе нанотехнологий, их основы и архитектурные принципы конструирования. Кроме того, представлен обзор материалов, используемых для изготовления биосенсоров, и потенциальных областей применения биосенсоров на основе нанотехнологий.