何谓电化学生物传感器？

电化学生物传感器是能够在短时间内进行高灵敏度检测的创新设备。对于医疗保健、环境科学和生物技术而言，这些类型的生物传感器有可能推动实时监测、早期疾病检测和精确诊断方面的突破。

然而，尽管这些生物传感器潜力巨大，但其制造成本高昂、可扩展性差、重现性困难，限制了它们的广泛应用。但随着新型创新碳纳米材料的问世，这种情况将得到改变。这将开启一个新时代，即具有前所未有的准确性、可重复性和商业可行性，且易于获得的模块化电化学生物传感器。

了解电化学生物传感器

电化学生物传感器是一种通过将分析物与生物受体之间的生化相互作用转化为电信号来检测目标分子的装置。它由三个主要部分组成。

1.生物识别元件–置于传感器上的生物分子（如酶、抗体或 DNA 探针），可与目标分析物（如葡萄糖、皮质醇或白细胞介素-10 等细胞因子）特异性结合。

2.换能器（电极系统）–将生物分子与分析物之间的生化作用转化为电信号。电化学生物传感器通常使用

• 安培传感器（测量电流）
• 电位计传感器（测量电压）
• 阻抗传感器（测量电阻变化）

3.信号处理系统–对产生的电信号进行处理和解释，以提供分析物的定量测量值。

电化学生物传感器有哪些具体优势？

• 每次测量都精确灵敏

电化学传感器甚至可以检测到痕量的目标分子，因此在早期疾病检测和污染监测方面具有重要价值。它们的选择性来自于量身定制的生物识别元件，可确保获得准确、无干扰的结果。

• 快速反应，实时洞察

这些生物传感器能在分析物结合的瞬间产生电信号，提供近乎瞬时的读数。这种快速反应对于护理点检测至关重要，可让医疗保健专业人员立即做出以数据为导向的决策。

• 便携、无缝集成

这些仪器体积小，易于微型化，可安装在便携式和可穿戴设备上，从而实现在传统实验室环境之外的持续健康监测。它们还展示了与数字平台的无缝集成，支持远程诊断和实时数据跟踪。

• 使用方便，样本要求极低

这些传感器只需要少量的生物样本，从而减少了侵入性，提高了病人的舒适度。它们使用方便，只需极少的准备工作，因此适用于频繁检测和家庭诊断。

• 多重检测–一个传感器，多个目标

现代电化学生物传感器可在单一平台上检测多种生物标记物，从而简化诊断过程，减少多次检测的需要。传统上，不同的分析物需要不同的系统，但现在先进的生物传感技术可将检测整合到单个设备中，从而实现更高效、更方便的护理点应用。

为什么电化学生物传感器没有得到广泛应用？

尽管电化学生物传感器大有可为，但除葡萄糖监测外，其应用仍然不足。这主要是由于能提供必要电化学特性的现有传感器材料存在局限性。

• 石墨烯和石墨： 虽然这些碳基材料可为电化学生物传感器提供出色的导电性，但其批次间的可重复性较差。石墨烯的生产难以控制规模，导致传感器性能的变化，而石墨则因有毒副产品和复杂的制造工艺而面临挑战。
• 金和铂： 这些贵金属具有相对较高的灵敏度和稳定性，但受到供应链限制和成本过高的影响，难以大规模应用。

要想发挥电化学生物传感器的潜力，就需要一种新材料，一种可重复、可扩展、具有成本效益且灵敏度极高的材料。

使用可重复碳纳米材料的电化学生物传感器的潜力

Gii 等新型碳纳米材料的出现克服了传统传感器材料的缺点。它们具有高度的可扩展性，易于制造，批次间的差异极小，并具有卓越的电化学性能。这使其成为生物传感应用的一种变革性材料，开启了现有技术无法实现的潜在用例。以下是几个关键实例。

• 医疗保健： 检测生物标记物，如用于压力监测的皮质醇、用于炎症反应分析的白细胞介素-10 以及用于代谢评估的乳酸盐。
• 环境监测： 实时检测供水中的重金属、硝酸盐和有机污染物。
• 食品安全： 快速识别病原体和化学污染物，确保食品质量和合规性。
• 可穿戴设备和护理点诊断： 集成到智能设备中，无需实验室基础设施即可进行连续健康监测。

电化学生物传感器的未来

电化学生物传感器是现代诊断中不可或缺的工具，具有精确性和实时性。有了 Gii，电化学生物传感器终于可以超越其有限的使用范围。通过解决基本的材料挑战，Gii 驱动的生物传感器有望重新定义多个行业的诊断能力。基于 Gii 的生物传感器的商业化将为广泛、经济、高精度的实时监测解决方案打开大门，使精准诊断比以往任何时候都更容易获得。