综述：用于传染病诊断的即时生物传感器：最新进展与前景

《RSC Advances》：Point-of-care biosensors for infectious disease diagnosis: recent updates and prospects

快速、精准、便携的POC生物传感器在感染性疾病诊断中展现出重要应用价值。本文系统综述了电化学、光学和压电三类传感器的工作原理、检测机制及临床应用案例，包括COVID-19、HIV、疟疾等疾病的快速检测技术，并分析了纳米材料、CRISPR/Cas系统等创新技术对灵敏度提升的促进作用。当前挑战集中于多指标集成检测、环境稳定性及临床转化，未来需加强数字健康整合和材料创新。

　　点对点（Point-of-Care, POC）生物传感器是当前全球医疗领域关注的焦点，尤其在应对快速、准确和可访问的诊断需求方面表现出色。随着疾病诊断技术的不断发展，传统的检测方法，如培养、酶联免疫吸附试验（ELISA）和聚合酶链式反应（PCR）等，虽然在临床诊断中占据重要地位，但它们通常需要复杂的设备、专业人员和高昂的成本，难以满足偏远地区和资源有限环境下的需求。因此，点对点生物传感器作为新型诊断工具，正在逐步替代传统方法，为患者提供更快、更便捷的检测方案。

点对点生物传感器的核心优势在于其能够将生物识别事件转化为可测量的信号，如电化学、光学和压电效应等。这些传感器不仅能够在现场快速检测病原体，还具备高灵敏度和高特异性，为早期诊断和即时干预提供了重要支持。它们特别适用于检测诸如新冠病毒（SARS-CoV-2）、人类免疫缺陷病毒（HIV）、结核病（Tuberculosis）和疟疾（Malaria）等传染性疾病。此外，这些传感器还能够检测多种病原体，包括细菌、病毒和寄生虫，进一步拓宽了其应用范围。

在电化学生物传感器领域，研究者们通过改进材料和设计，显著提升了其性能。例如，使用纳米材料如金纳米颗粒（AuNPs）和石墨烯，可以增强传感器的灵敏度和选择性。同时，一些基于信号放大的技术，如微流控芯片和电化学阻抗谱（EIS），使得传感器能够在复杂的生物样本中更准确地识别目标分子。这些技术不仅提高了检测的准确性，还降低了对昂贵设备和复杂操作的依赖，使电化学生物传感器成为一种更加实用的诊断工具。

光学生物传感器则利用光的性质变化，如折射率变化、荧光、吸收和反射等，实现对病原体的检测。这类传感器通常具有更高的灵敏度，能够在极低浓度下识别特定的生物标志物。例如，表面等离子共振（SPR）和表面增强拉曼散射（SERS）技术已被广泛应用于检测多种病原体，包括SARS-CoV-2、HIV、乙肝病毒（HBV）和结核杆菌（M. tuberculosis）等。此外，一些结合智能手机和便携式设备的光学传感器，使得在资源有限的环境中也能实现高效、低成本的检测。然而，光学生物传感器在实际应用中仍面临一些挑战，如对光谱设备的依赖、信号处理的复杂性以及环境因素（如温度和湿度）对检测结果的影响。

压电生物传感器通过检测质量变化引起的频率或电压偏移，实现对病原体的无标记检测。这类传感器在检测病毒和细菌时表现出色，尤其适用于需要快速响应的场景。例如，使用石英晶体微天平（QCM）和表面声波（SAW）传感器，可以实时监测病原体与传感器表面的相互作用。此外，一些基于柔性材料（如聚偏氟乙烯，PVDF）的压电传感器，使得设备更加适用于现场检测和长期监测。然而，压电生物传感器在实际应用中仍需解决一些问题，如设备的耐用性、检测过程的稳定性以及对复杂样本的适应性。

尽管这些生物传感器在诊断方面展现出巨大潜力，但它们在实际应用中仍面临一些挑战。首先，大多数生物传感器仍需进行复杂的样品预处理，这在资源有限的环境中可能成为瓶颈。其次，传感器的稳定性和重复使用性也是亟待解决的问题，特别是在长期使用或多次再生后，传感器的性能可能会受到影响。此外，生物传感器的临床转化和大规模应用仍需进一步优化，以确保其在实际医疗场景中的可靠性和有效性。

未来的研究方向将集中在提升生物传感器的性能、降低成本和简化操作流程。通过引入新的材料和技术，如纳米材料、分子印迹聚合物（MIPs）和人工智能（AI）算法，可以进一步提高传感器的灵敏度和特异性。同时，推动生物传感器与数字健康技术的结合，如智能手机、物联网（IoT）和云计算，将有助于实现更高效的诊断和数据管理。此外，针对抗生素耐药性的检测，也是未来生物传感器发展的重要方向之一，这将有助于及时发现和应对耐药菌株的传播。

总之，点对点生物传感器作为新型诊断工具，正在逐步改变传染病检测的方式。它们的快速发展得益于材料科学、纳米技术和设备工程的进步，使得检测过程更加高效、便捷和经济。然而，要实现其在临床中的广泛应用，仍需克服一系列技术、成本和操作上的挑战。通过持续的创新和改进，点对点生物传感器有望成为未来公共卫生和个体健康管理的重要组成部分，为全球范围内的疾病防控提供强有力的支持。