综述：等离子体生物传感器和致动器用于集成即时诊断

《npj Biosensing》：Plasmonic biosensors and actuators for integrated point-of-care diagnostics

本综述系统阐述了纳米等离子体光学天线在即时诊断(POC)平台中的前沿进展，重点介绍了其作为传感器和致动器的双重功能。文章深入探讨了等离子体技术如何通过光学捕获、细胞裂解和超快光热聚合酶链式反应(PCR)等技术，实现对生物分子的快速、高灵敏度检测与操作，并展望了其在推动预防性、个性化及精准医学发展方面的巨大潜力。

　　

纳米等离子体光学天线正引领着分子诊断领域的变革。它们不仅能够作为高灵敏度的传感器，还能作为高效的致动器，在即时诊断(POC)平台上实现从样本到结果的完整分析流程。本文将围绕等离子体生物传感与致动技术的核心进展展开论述。

等离子体致动器用于捕获和富集核酸、蛋白质、外泌体、细胞及病原体

一种被称为等离子体光学镊子的精细方法，能够捕获如核酸、蛋白质、外泌体、细胞和病原体等生物分子，即使在低浓度下也能实现，从而极大减少了对大量样本制备设备和化学品的需求。这些捕获平台中的光学力源于光与物质的相互作用，主要受电磁场的散射力和梯度力影响。

纳米结构的等离子体效应能够改善光学捕获，显著降低所需的光学功率。因此，结合纳米等离子体结构和光学镊子可以提高力尺度和势阱深度，从而实现对生物样本的高效光学富集。等离子体纳米结构可以被设计成有效地传播光并将其汇聚到热点区域。当介电颗粒位于等离子体纳米结构表面附近的位置(r)时，增强的光学近场促进了在金垫附近的捕获。

为了克服这些挑战，研究重点集中在作为SERS基底的替代品、在生物医学成像中实现更深的穿透和减少光热损伤等方面。具有近红外LSPR的各向异性纳米结构，如纳米棒、纳米壳和纳米笼，由于光衰减减少，在光热治疗中特别有用。

电热等离子体(ETP)效应结合了等离子体加热与交流/直流电场，能够在秒级时间尺度上将悬浮颗粒捕获并驱动到捕获区域。通过改变微流控中的层流，ETP可以应用于LSPR检测中，以加速IgG向传感器的捕获，从而提高灵敏度并缩短检测时间。

然而，当等离子体加热通过高导热性基底耗散时，光热热点被消除，从而阻止了ETP流诱导的颗粒传输。此外，光学捕获通常受限于小样本体积。对于低浓度的生物分子、外泌体或病原体，可能无法保证可靠的捕获和检测。研究人员将纳米多孔镜与流体动力学捕获相结合，以增强细菌在等离子体光学阵列纳米孔上的富集。当颗粒试图逃逸时，光动量的减少会产生一个力(F)将颗粒拉回纳米孔。光流体动力学捕获结合了光流体动力学效应和光学捕获，用于捕获不同的纳米尺寸生物样本，如病毒、支原体和致病菌。

纳米等离子体结构增强的裂解效率

光热加热在产生热点区域时不一定具有破坏性。如果温度超过被捕获颗粒的耐受范围，它可以根据功率和照射时间将分子重塑成各种形式。外泌体、细胞或病原体的生物膜对热高度敏感，特别是在60-100℃范围内，这会破坏其结构完整性和功能。因此，激活纳米等离子体光热裂解，产生局部高达300℃的加热，可以有效地破坏细胞膜。

此外，金属纳米颗粒由于能够产生活性氧(ROS)(如·OH, ·O₂^-和¹O₂)、释放阳离子、损伤生物分子、消耗ATP以及与细菌膜相互作用，成为抗菌应用的有前途的替代方案。随着纳米颗粒尺寸减小，其比表面积增加，增强了它们与周围环境的相互作用。细菌细胞与多价金纳米颗粒相互作用可通过两种主要途径导致细胞损伤：(1)直接接触和(2)光诱导的光热效应。

一个简单的设置是利用LED照明（激发波长和曝光时间），通过聚焦光束匹配纳米颗粒或纳米结构的光学吸收，可以耦合LSPR用于局部光热加热。通过控制金属纳米结构可以实现局部加热的稳定性，且能耗更低。此外，通过控制纳米颗粒的几何形状（如尺寸、形状和波长）并调整在所需波长下的光学吸收，或通过在微流控芯片中使用简洁的通道以获得高效的光学吸收，可以进一步提高加热效率。

纳米等离子体结构增强核酸扩增

光热加热涉及四个时间尺度，均在约100皮秒(ps)内发生。首先，当入射光子的能量被金属纳米结构吸收时，会产生高能载流子，使它们脱离平衡状态。接着，这些激发的、高能的载流子通过电子-电子散射弛豫进行热化。然后，这些电子通过电子-声子相互作用将其热能耗散到晶格中。最后，这些晶格能量耗散到周围环境中（外部热化）。

电子热化在块体金属中发生得极快（金为500飞秒(fs)，银为350飞秒），使得等离子体光子-热转换非常适用于NAAT应用。后续研究中，将金纳米颗粒混合到整体溶液中提高了PCR灵敏度，并将反应时间缩短至10分钟。2017年，通过结合使用808 nm近红外激光（2 W）进行光生加热的等离子体金纳米棒（长径比4.1），实现了在54秒内完成30个热循环的显著成就。COVID-19大流行期间，研究人员通过将磁等离子体纳米颗粒（直径16 nm）与便携式设备集成，用波长532 nm的80-mW激光二极管照射，可在17分钟内检测到SARS-CoV-2 RNA。

将超快光子PCR与微流控平台集成用于POC设备，引发了对薄金属膜的广泛研究，以通过最小化样本体积和提高传热速率来加速扩增。研究人员使用薄金膜（吸收率65%，厚度120 nm）作为光热加热器，在5分钟内实现了30个循环。然后，两个金膜形成光学镜以增加光热加热效率，并将灵敏度提高到2拷贝/微升(cp/μL)。在整个可见光范围吸收光的等离子体柱阵列可以增强光热加热效率。

控制光热加热需要仔细选择材料、光源并与微流控芯片集成。然而，目前大学层面的演示系统尚不成熟，且通常被视为昂贵系统，这主要由于现有教育框架中在集成电路和光子学方面的经验有限。因此，学生和博士后研究人员缺乏获得与行业专业设备工程师相当经验的机会。熟练的工程师可以大规模生产集成光流控和CMOS传感器，制造出适用于发达地区和资源有限环境的低成本POC设备。

一种等离子体比色传感策略被开发为与基于光子PCR的POC设备快速集成的更简单方法。例如，研究人员引入了一种直接检测的等离子体PCR方法，该方法结合了磁性纳米颗粒和基于金纳米颗粒的交联比色法，检测限达到5拷贝/μL。另外，开发了一种用于等离子体LAMP和RCA的微流控芯片，并进行比色检测。在该系统中，热电子从自组装的等离子体纳米颗粒（400 nm）中产生，加速了扩增过程中的亲核反应。其结果是显著产生质子，导致pH值迅速下降，引起颜色从紫红色变为黄色。此外，为了增强比色信号的灵敏度，将其与机器学习算法结合以分析读数。该算法旨在定量解释颜色变化，确定目标核酸结果是阳性还是阴性。该方法可在10分钟内扩增核酸，使其适用于POC检测。作为基于热循环PCR的替代方案，等温扩增方法可以在较宽的温度范围内使用廉价且简单的加热设备进行。然而，它们仍然能够实现每个反应中单链RNA拷贝的检测。尽管在核酸检测方面取得了技术进步，但这些方法在方案标准化方面仍存在局限，并且仍然受到不一致性、假阳性结果、复杂的多重引物组、低扩增效率和非特异性扩增的困扰。因此，除LAMP外，其他等温扩增方法作为主要诊断工具获得美国FDA批准的过程较慢，而PCR仍然是NAATs的金标准。

提高光子PCR器件光热转换效率的一个主要限制是纳米结构的光吸收。因此，优化光热加热主要侧重于调整其等离子体特性以增强光吸收和增加电子-声子耦合。研究人员最近介绍了一种用于超快元光子PCR芯片的近完美吸收体。大面积氮化钛基宽带元吸收体可以在6英寸晶圆上实现超快DNA扩增，在6分30秒内完成，使用的是紧凑型单IR LED光源（工作波长940 nm，功率3.8 W）。与金（约1 ps）相比，TiN具有更短的上升时间（约115 fs），从而实现更快的电子激发。此外，TiN表现出比金强25-100倍的电子-声子耦合，导致更短的热化时间（0.15 ps对比金的5-10 ps）和大大增强的光热效应。纳米结构中增强的光吸收促进了商用光子PCR系统的开发，目前已在市场上出现。

等离子体结构增强分子诊断的光学检测

为了进行精确的分子分析，光学等离子体天线通过目标分子独特的振动和电子激发来识别它们。通过将光学天线与目标生物分子耦合，可以通过相应的光谱实现实时和定量检测。

表面等离子体共振

表面等离子体共振(SPR)是一种基于表面等离子体激元（电磁波）激发的光学传感技术，该电磁波沿金属-电介质界面（与液体或空气等介质接触）传播。在SPR分子检测中，传感表面固定有生物受体，如抗体、DNA探针或配体，这些受体能选择性结合目标分子。当目标分子与固定的生物受体结合时，会导致折射率发生变化，进而引起光谱或角度位移。SPR被认为是一种无标记方法，可以测量结合动力学，灵敏度低至皮克/微升(pg/μL)。商用SPR传感器正在开发中，用于实时监测病毒、蛋白质、DNA和外泌体。SPR被认为是一种表面敏感技术；然而，其缺点是非特异性信号响应，这种响应来自于渐逝场区域（约100 nm），而不是实际表面结合的相互作用。此外，复杂生物样本中体相折射率的变化会引发体相响应，导致假阳性或误导性信号。解决这个问题已推动了大量的研究工作，包括调制全内反射角以优化表面相互作用，以及在生理条件下使用聚合物刷。开发消除体相响应的稳健策略对于提高SPR生物传感的特异性和准确性至关重要。

局域表面等离子体共振

局域表面等离子体共振(LSPR)源于自由电子在整个金属纳米结构中的集体振荡，导致在特定波长下的强光吸收。在LSPR中，电磁场以大约5-10 nm的长度指数衰减，这对表面附近溶液的折射率高度敏感。与SPR相比，由于纳米尺度的限制，LSPR提供了更高的空间分辨率。这一特性使得基于折射率的LSPR在生物传感领域得到发展。这种依赖于折射率的共振可以通过由电感(L)、电容(C)和电阻(R)组成的LCR电路的电气共振来理解。在此框架中，电感归因于材料特性，边缘电容与偶极场与周围介质相互作用产生的位移电流有关，电阻表示表面电子振荡的限制。在该模型中，金属纳米颗粒可被视为一个纳米电感器，周围介质被视为一个纳米电容器，其电容直接与该介质的折射率相关。电路中的共振频率与(LC)^1/2成反比，这与等离子体共振平行。因此，当周围介质的折射率下降时，等离子体共振频率升高。各种不同尺寸和形状的纳米等离子体结构被用于提高LSPR生物传感器的灵敏度，并在生物分子相互作用时最大化Δλ（波长位移）。来自等离子体纳米结构的增强改善了基于LSPR的生物分子检测，如ATP、蛋白质、外泌体。此外，LSPR技术可以与基于侧向流的POC传感设备集成，快速执行比色检测。与传统的SPR相比，LSPR具有优势，因为其高纵横比增加了生物分子在金属纳米颗粒表面的固定面积，从而提高了检测灵敏度。LSPR的另一个显著优势是其与各种光学检测方法的兼容性，包括SERS和表面增强荧光(SEF)。虽然LSPR具有某些优点，但通常它对折射率变化的灵敏度低于传统的SPR。尽管如此，其更高的空间分辨率、更简单的仪器要求和更低的成本使其成为生物传感应用中有吸引力的选择。LSPR生物传感器在临床转化方面面临挑战，例如在复杂生物流体中检测膜相关物种的困难，以及在多路复用平台和POC设备中的集成问题。解决这些障碍对于LSPR生物传感技术的发展至关重要。

表面增强拉曼散射

表面增强拉曼散射(SERS)是一种增强技术，其中吸附在纳米等离子体表面的分子的拉曼散射（振动激发）信号被放大几个数量级。拉曼光谱中的散射位移是与分子振动激发态相关的发射光子之间的能量差。理论上，SERS增强主要源于电磁机制（增强因子高达10¹⁰）和化学机制（增强因子高达10³）电磁增强源于局部表面等离子体共振的激发，当入射光子的频率与金属纳米颗粒的集体电子振荡匹配时发生。等离子体振荡将光集中在亚波长体积内，产生高度局域化的电磁场，称为“热点”，可以增强分子的拉曼信号。化学增强涉及纳米颗粒和吸附分子之间的电荷转移，从而增加拉曼散射截面。当分子的振动模式与等离子体共振耦合时，会发生进一步的光谱调制，使SERS能够检测特定分子的化学指纹。然而，最显著的SERS增强被限制在非常靠近基底的区域，该处强度随距离急剧减小（对于球体，按r^-10衰减）。这些称为SERS热点的局域化区域，其增强因子范围在10⁹到10¹²之间，通常出现在纳米尖端、颗粒间间隙和颗粒-基底连接处。因此，为了提高SERS灵敏度，各种包含热点的等离子体光学天线被开发出来，在具有锐边的单个金纳米新月和纳米星中观察到超过10¹⁰的增强因子。具有10⁸增强因子的混合纳米结构阵列，检测限低至10^-15M。等离子体纳米结构产生的大大增强使其能够用于实时监测生物分子（DNA、蛋白质、脂质、外泌体）的分子指纹、活细胞成像以及单细胞水平的细胞过程监测。然而，相比之下，SERS固有的超高灵敏度对于准确定量来说可能是不利的。这种灵敏度强烈集中在纳米结构的纳米间隙或纳米尖端内（通常为1-10 nm），该处发生强烈的局部电磁增强。金属胶体和纳米基底在环境条件下容易聚集、污染和降解。此外，激光强度和光学对准的波动进一步导致信号不稳定，影响测量的可靠性。此外，SERS在检测大分子或细胞方面的应用，特别是在复杂的生物基质中，仍然是一个挑战，原因是大分子与活性表面的相互作用弱，以及此类分子的散射截面低。当检测到的信号较弱时，SERS还受到高背景噪声水平的影响，使得信号提取具有挑战性，需要大量的数据处理或应用基于AI的分析。在这种情况下，数字SERS正在成为定量分析的替代方法，解决了分析物数量减少的挑战，只要产生阳性信号。数字SERS依赖于泊松分布原理，控制分析物与SERS基底之间的比率，以确保准确的单分子检测。它使用二进制检测系统，“1”表示阳性信号，“0”表示阴性信号，从而可以定量确定分析物数量。虽然在极低浓度下定量仍然具有挑战性，但增加测量事件的数量可以显著提高统计可靠性。

等离子体增强荧光

等离子体表面和纳米结构已被证明可通过局部增强的电磁场有效增强荧光报告基团的强度超过10³倍。然而，金属纳米结构的等离子体特性以两种相反的方式影响荧光：荧光发射增强或荧光猝灭。当荧光团位于等离子体表面10 nm范围内时，会发生表面等离子体猝灭荧光，这是由于荧光团的激发态向纳米等离子体结构的表面等离子体发生了表面等离子体诱导的共振能量转移。相比之下，表面等离子体增强荧光可以发生在稍远的距离，该处等离子体场增强了局部电磁场，增加了荧光团的激发速率和辐射衰减速率。金属纳米立方体薄膜的荧光寿命测量表明，在保持高量子效率(>0.5)和高定向发射（实现84%的收集效率）的同时，荧光发射强度增加了3倍以上。通过结合多种因素：增强的激发、高度定向的光提取、改进的量子效率以及通过修饰量子点表面抑制闪烁，实现了近3000倍的信号增强。修饰的纳米棒（荧光增强剂）与光发射体（分子荧光团）、间隔层和识别元件（如生物素）可以结合，与800连续波荧光团相比，可将荧光发射速率增强6700倍以上，并将荧光联用免疫测定的灵敏度提高约4750倍。利用等离子体基底进行荧光增强的最新进展，个性化POC设备可以克服快速、灵敏和特异性诊断疾病的主要挑战。表面等离子体猝灭和表面等离子体增强荧光可以结合用于选择性检测核酸、病原体和细胞内存作用。

然而，荧光团与金属之间发生猝灭和增强的距离敏感性难以预测和控制。这种困难导致检测结果受到抑制和信号保真度降低。因此，已经在荧光团和金属表面之间设计了具有精确厚度控制的功能性间隔层，并且现在已经商业化，例如原子级薄的六方氮化硼(h-BN)、聚硅氧烷共聚物薄膜、介电层或聚多巴胺(PDA)涂覆的等离子体纳米晶。

等离子体二聚体

由于设计用于增强荧光发射的等离子体纳米结构的复杂性，强光散射等离子体光学天线可以解决与荧光团相应的问题。与荧光团分子或量子点相比，在单个金纳米颗粒缀合的DNA探针与目标分子耦合中，可以观察到高达10³-10⁴的强度增加。纳米颗粒探针与单个目标mRNA的杂交导致形成具有最小颗粒间距的纳米颗粒二聚体，引起由强等离子体耦合产生的光谱峰位移。纳米颗粒二聚体的散射强度大约是单体的4.7倍。这种现象允许等离子体金纳米颗粒二聚体探针用于目标mRNA甚至多个mRNA剪接亚型的定量成像，这是基于荧光团的探针无法观察到的。此外，对于二维纳米颗粒阵列，据报道增强因子高达约10⁸。

两个粒子之间空间的电磁场强度随着距离从无穷大减小到约1 nm而增加，导致能量模式红移，这表明更强的等离子体耦合。然而，当间隙小于1 nm时，电子跨粒子表面的量子隧穿变得显著，导致电磁场强度显著降低。等离子体利用的有效性取决于选择合适的纳米颗粒、仔细控制纳米间隙以实现最佳耦合，以及在等离子体纳米天线的间隙内实现分子功能化。等离子体光学天线可以进一步功能化以靶向生物分子，从而能够实时跟踪分子事件。这种能力为研究基因相关的生物学问题和疾病（包括癌症）提供了有价值的方法。

等离子体共振能量转移

除了振动激发，分子的电子指纹可以通过等离子体共振能量转移(PRET)来捕获和量化。PRET表示等离子体纳米颗粒的共振峰与生物分子的电子共振峰之间的重叠。能量转移可能通过纳米颗粒中共振等离子体偶极子与生物分子偶极子之间的偶极-偶极相互作用发生。如果等离子体共振能量与分子电子跃迁能量一致，能量就会转移到分子上。纳米等离子体光学天线的散射光谱在分子吸收峰（电子跃迁频率）处显示出量化的猝灭凹陷。使用PRET纳米传感器，观察到等离子体猝灭凹陷以检测单个纳米颗粒表面的血红蛋白分子和细胞色素C的能量转移。然而，单个等离子体天线具有特定的光谱宽度，这限制了它们监测多种分析物或信号的能力。这种限制使广谱传感和多路检测复杂化。当前的纳米颗粒制造技术，包括印刷和图案化方法，表现出不均匀的空间检测，这降低了PRET测量的可靠性，例如化学扩散或细胞分泌。由于PRET的光谱和空间限制，连续和全面的跟踪受到阻碍，特别是在活细胞监测等复杂环境中。然而，基于超表面的多路复用平台可以被精确设计，通过间隙等离子体和光栅效应产生特定的散射光谱，以克服FRET光谱的局限性。这些超表面由可控的超像素阵列组成，能够覆盖整个可见光谱，具有高空间分辨率（约1.5 μm），并支持在宽视场内对分子相互作用进行实时、多路复用检测，并在可见光范围内具有不同的吸收频率。此外，PRET可以在宽光谱（如UV或NIR）上进行优化，这取决于金属纳米颗粒的特性，这些特性决定了它们在这些光谱区域的等离子体共振波长。

基于等离子体共振能量转移的金属离子传感

基于等离子体共振能量转移的金属离子传感(PRET-MIS)纳米光谱将金属-配体配位化学与等离子体共振能量转移相结合，从而在纳米尺度上实现增强的灵敏度和分子特异性。该技术采用金纳米等离子体探针启动选择性能量转移，通过将电子吸收带与等离子体共振频率对齐，导致瑞利散射发生共振猝灭。因此，它能够实现准确的金属离子检测，通过取决于局部离子浓度的定量猝灭来提供灵敏度和选择性。

量子生物电子转移

量子生物电子转移或隧穿(QBET)的原理与PRET方法相似。然而，通过精确控制连接分子作为QBET检测的隧道结的功能，可以在活细胞和活体酶中观察到电子转移。通过使用QBET光谱，首次在分子水平上实时观察到细胞凋亡和坏死过程中线粒体细胞色素C电子传递链中的电子转移。不同的光学纳米结构，如金、金纳米棒、金植物病毒、金双极、等离子体腔和像素化超表面，已被开发用于研究和调节生物反应中的电子转移动力学，以及实时生物分子光谱成像。

反向PRET

与PRET相反，当分子结合导致等离子体共振位移或强度消光时，可以有意利用反向PRET进行选择性能量转移以实现等离子体猝灭。由于这种现象，用黑洞猝灭剂分子功能化的金纳米棒能够通过检测外膜囊泡释放的AzoR（其切割BHQ-3中的偶氮键，从而恢复金纳米棒的散射强度）来实时监测单个细菌细胞中的酶活性。

数据分析和分子诊断中的传输

COVID-19大流行已将诊断测试从中心实验室转移到POC平台。现代标准POC诊断遵循REASSURED标准（实时连接、易于样本采集、廉价、用户友好、快速稳健、无需设备或简单、可交付给最终用户），以在生物样本中低浓度生物标志物下实现高分析灵敏度。因此，需要实时数据处理和错误减少，以在临床环境中维持REASSURED标准。随着自动化分子测定广泛集成到便携式设备中，趋势已转向实时连接、移动数据共享以及与基于云的健康系统集成。这些系统能够实时传输和分析数据，以进行质量控制和公共健康的长期监测。此外，将POC传感器与AI和机器学习辅助的基于智能手机的检测相结合，可以增强图像分析、数据和信号处理以及侧向流检测、NAAT和基于光学的技术等传感方法中的定量解释。设计的AI和深度学习算法可以优化处理复杂数据集，并准确识别来自外泌体的蛋白质、DNA或RNA生物标志物的微小变化。此外，卷积神经网络被用作增强基于光学的诊断的替代方法，提供更快、更可靠的结果。

商用等离子体检测系统

最近，各种集成纳米等离子体结构的商用光学技术已被用于POC诊断，包括SPR检测、手持SERS和侧向流检测中的增强比色检测。

如图所示，Biacore是第一个开发的基于SPR的传感器，采用光刻技术制造，广泛用于从药物发现到生物治疗开发领域的分子相互作用的实时、无标记分析。它旨在通过评估抗体和蛋白质的结合相互作用、亲和力和动力学特征（从快速结合到慢速解离）来鉴定和定量它们，同时保持其生物学功能。Biacore SPR生物传感器设计有三大核心技术：光学检测系统、传感器芯片上的50 nm厚金层、微流控芯片和液体处理系统。Biacore系统通常对低分子量分析物的检测限约为50 Da，并提供各种测定和监测功能以增强系统的整体灵敏度。然而，Biacore系统需要仔细优化表面化学，并且可能在某些应用中受到非特异性结合的限制。此外，该系统需要大型机器，因此往往成本相当高。相比之下，Carterra提供专门的高通量表面等离子体共振系统，明确设计用于抗体发现和表征。这种HT-SPR技术利用电荷耦合器件相机的高分辨率，促进了与小至100 Da分子的192个实时相互作用。对于动力学和亲和力测量，HT-SPR可以表征多达768个片段和1152个单克隆抗体。此外，Carterra还开发了表位分选，可以处理多达191x191个mAb-mAb比较的相互作用图谱，以及通过筛选多达96个mAb对抗一组96个肽进行表位作图。除了这些工作流程，Carterra提供灵活的多路复用，可容纳多达192个配体，包括突变体、靶标变体或对照，以满足广泛的高级生物治疗发现和表征需求。虽然Carterra提供了显著的高通量能力和先进的表位分选工具，但其性能在样本消耗、系统复杂性和初始投资方面存在权衡。当由熟练用户按照SPR最佳实践进行实验时，Biacore和Carterra平台都能产生几乎相同、可靠的结果，使其成为用于无标记生物分子相互作用分析和加速抗体库表征走向临床开发的主要SPR平台。然而，在POC诊断设备的开发中，手持式或掌上型平台作为笨重SPR仪器的替代品引起了显著关注，同时保持了检测单个病毒和小于100 nm颗粒的能力。

比色侧向流检测因其简单性和低成本而在POC设备中广受青睐，能够实现目标生物标志物的肉眼检测。LFA使用金纳米颗粒进行快速检测；然而，其红色限制了其在多重检测中的应用。NG Biotech的NG-Test CARBA 5是一种多重侧向流免疫检测，使用与对五种最普遍的碳青霉烯酶家族（KPC、OXA-48-like、VIM、IMP和NDM）特异的单克隆抗体缀合的金纳米颗粒设计。所有185个碳青霉烯酶分离株在15分钟内被正确检测出，总体灵敏度达到100%，特异性在95.3%-100%之间。通过简单的方案、最少的动手时间、无需专用仪器以及出色的灵敏度和特异性，CARBA5-LFA已获得FDA批准，并在欧洲医疗器械数据库中注册为体外诊断设备。另一种商用核酸侧向流免疫检测来自Pocket Diagnostic，是一种混合检测方法，结合了核酸扩增与LFA，用于目标DNA/RNA序列的视觉检测。目标序列最初用荧光团标记的引物（生物素、荧光素或地高辛）进行扩增，然后引入侧向流试纸条，在那里它与纳米颗粒缀合的抗体结合，产生可见的颜色变化。NALFIA获得了与实时PCR相当的高灵敏度和特异性；然而，它在较低浓度下的定量准确性、灵敏度和特异性以及多重检测能力方面仍然存在不足。

高可扩展性的SERS传感器由于其高灵敏度、非侵入性和多重检测能力，已成为分子检测的下一代技术。例如，Klarite SERS基底使用光刻技术在硅晶片上制造，形成具有高重现性的倒金字塔阵列热点。在理想条件下，这些基底在滴