随着计算机技术和物联网（IoT）的不断进步，智能手机对现代生活变得越来越重要，导致人们对基于智能手机的生物传感器产生了浓厚的兴趣。这些传感器，特别是使用比色法和荧光法的传感器，具有高灵敏度和选择性，为检测各种生物样本提供了简单、快速和灵敏的平台。作为一种多功能工具，它们在医疗诊断、食品安全、环境监测等方面具有很大潜力。
据麦姆斯咨询报道，近日，印度理工学院印多尔分校（Indian Institute of Technology Indore）的研究人员在Biosensors and Bioelectronics: X期刊上发表了题为“Smartphone-Enhanced Nanozyme Sensors: Colorimetric and Fluorescence Sensing Techniques”的综述文章。文中描述了智能手机增强型纳米酶传感器技术的发展，该技术提高了检测相关标记物的灵敏度和特异性。在模拟天然催化酶的同时，纳米酶在各种分析应用中表现出优异的性能。结合智能手机的计算能力和成像能力，基于纳米酶的传感器为即时检测（POCT）提供了一种低成本、用户友好且可扩展的解决方案。
研究人员讨论了比色和荧光传感技术背后的原理，纳米酶在这些过程中的作用，以及利用智能手机技术进行数据采集和分析的方法。本文章综述了在医疗诊断、环境监测和食品安全中的关键应用，重点介绍了最近的创新和应用前景。纳米酶传感器和智能手机技术的融合有望普及先进的比色或荧光生物传感技术。
图片摘要
I 基于纳米酶的比色和荧光生物传感器
比色法是一种利用生物或化学反应来确定分析试剂复合物的吸光度或反射率的方法。比色法因其低成本和便利性而广泛应用于基于智能手机的生物传感器。
纳米酶可用于产生特定的比色反应。通过改变它们的组成或表面特性，科学家们可以创造出在与不同靶标相互作用时产生明显颜色变化的纳米酶。基于纳米酶的比色生物传感器是生物传感领域的有力工具。它们催化反应导致明显颜色变化的能力不仅简化了检测过程，还提高了生物传感器的灵敏度和特异性。这些材料的持续开发和优化为其在诊断、环境监测等领域的应用创造了新的机会。
纳米酶的一般分类说明，突出其常见的比色和荧光底物以及产生荧光信号所涉及的机制
荧光检测分析具有特异性强、灵敏度高、效率高等特点，是一种应用广泛、前景广阔的传感方法。基于纳米酶的荧光检测是一种复杂的生物传感方法，该技术对于要求高灵敏度的应用特别有效，因为即使在低分析物浓度下也可以精确测量荧光信号。基于纳米酶的荧光检测是生物传感中一个非常有前途的领域，为广泛的应用提供了精确、灵敏和多功能的工具。这一领域的进展，特别是在提高试剂稳定性和探索新底物方面的进展，将进一步提高这些创新传感器的实用性和有效性。
II 用于食品检测的纳米酶和智能手机增强型比色和荧光传感
纳米酶技术与基于智能手机的比色传感技术的结合，通过提供快速、灵敏的现场分析，改变了食品安全和质量控制。先进的纳米酶，例如金掺杂的六氰基铁酸铜和铂纳米颗粒，现在被用于检测各种食品分析物，包括抗氧化剂、农药、革兰氏阴性菌和维生素。智能手机增强型平台通过分析数字图像的颜色变化进行监测和量化，使其成为确保食品安全和质量不可或缺的工具。纳米酶技术的不断进步，以及与智能手机的功能结合，凸显了其在提供准确便捷食品安全监测方面的有效性。
基于智能比色技术的纸基微流控芯片抗坏血酸检测示意图
纳米酶具有优异的信号转导特性，包括荧光，使其成为食品检测应用的理想选择。最近的进展包括开发了一种智能手机增强型近红外荧光传感器，用于检测各种食品样本中的过氧化氢，实现了高灵敏度。使用基于比率荧光传感的双色荧光探针可以显著增强颜色对比度，提高检测灵敏度。这些创新展示了纳米酶技术与基于智能手机的生物传感技术的集成，提高了食品质量监测的有效性和可及性。
III 用于医疗保健的纳米酶和智能手机增强型比色和荧光传感
智能手机加上基于纳米酶的比色传感已经成为检测各种生物标志物的一种有前途的健康工具。创新生物传感器的发展，例如与UiO-66等MOF集成的纸基酶联系统，在检测尿液中的黄嘌呤和肌氨酸等生物标志物方面表现出了显著的有效性。在POCT领域，使用智能手机进行颜色（RGB）数据分析来监测生物标志物的能力是一项变革性进步。
纸基酶联生物传感器的合成过程及其在尿液疾病标志物比色检测中的应用
智能手机增强型纳米酶荧光传感的最新创新是通过提高灵敏度和多功能性，显著改善了医疗诊断。先进的纳米材料颗粒引入了创新荧光策略来检测生物分子，通过采用荧光共振能量转移（FRET）和荧光内滤效应（IEF）调整等技术实现了极低的检测限。这些进步显示了纳米酶和智能手机技术的强大结合，为实时医疗诊断提供了灵敏、经济高效和便携的解决方案。
IV 用于环境污染物检测的智能手机增强型比色和荧光传感
智能手机技术与比色和荧光传感平台的集成是环境污染物检测的重大进步。通过利用模拟酶活性的纳米酶，这些平台提高了污染物检测的灵敏度和精确度，使其能够高效地进行快速现场分析。便携式传感器套件的开发和分子印迹聚合物的引入进一步增强了它们对特定污染物的应用，为环境监测提供了精确而便捷的解决方案。纳米酶技术与基于智能手机的传感平台的融合为可持续和高效的环境污染管理提供了一种强有力的工具。
智能手机整合纳米酶传感器阵列，用于检测有机磷农药（OP）
总而言之，研究人员综述了智能手机增强型纳米酶传感器的最新进展，重点介绍了它们的原理、结构、性能和应用。尽管已经取得了相当大的进展，但仍然存在一些挑战，特别是在确保有效的信号转导、扩增和准确的数据分析方面。智能手机屏幕的脆弱特性及其对环境因素的敏感性，以及控制成像条件的困难，进一步使这些传感器集成到便携式平台变得复杂。
为了充分理解基于智能手机的纳米酶传感器的潜力，应对挑战至关重要。主要障碍之一是在传感性能和设备多功能性之间进行平衡。同时，应该做出更多努力，利用智能手机捕获和分析RGB、CMYC、灰度等不同颜色模型的能力来获取色度数据。对于荧光数据，应探索不同的信号生成策略，例如IFE、FTIR淬灭等。此外，纳米材料科学中的创新方法应该支持更多新型纳米酶的新制造，设备工程和计算分析将需要创建更高效、更可靠、更高临床验证、保质期内具有高稳定性的试剂，以及用户友好的基于智能手机的纳米酶集成传感器，使其在广泛的应用中更加有效。
论文信息：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590137024001080
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《可穿戴传感器技术及市场-2022版》
