自然杂志 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (3): 172-182.doi: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.03.003

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面向生命健康的生物传感技术研究

赵婧，张娟，陈桂芳，曹亚，李根喜   

  1. 上海大学 生命科学学院，上海大学分子识别与生物传感研究中心，上海 200444
  • 收稿日期:2025-03-24 出版日期:2025-05-18 发布日期:2025-05-12
  • 基金资助:

    为推进健康中国建设、提高人民健康水平，党的十八届五中全会战略部署并制定了 《“健康中国2030”规划纲要》。防治重大疾 病是“强化覆盖全民的公共卫生服务”中的重要环节，尤其强调了强化慢性病筛查和早期发现的重要性。无论是疾病筛查还是早期诊断，都离不开诊断技术的支撑，而疾病诊断技术的革新正是推动现代医学向精准化、个性化方向发展的核心动力。随着疾病相关分子机制研究的深入，疾病的复杂特性逐渐被揭示，同时也凸显了传统诊断方法在灵敏性、特异性以及实时监测等方 面的局限。以女性最常见的恶性肿瘤——乳腺癌为例，早期乳腺癌患者的5年生存率可以达到90%以上，而晚期乳腺癌患者的5年生存率不足 40%，因此，早期诊断与精准分子分型对于改善乳腺癌患者预后至关重要。目前，乳腺癌早期筛查主要依赖影像学技术，但其在灵敏度和特异性方面存在一定的局限性，且无法提供肿瘤的分子特征信息。另外，病理学检查虽然能够提 供分子层面的信息，但是由于其通常需要依赖有创的组织活检且容易受到肿瘤异质性影响，也难以满足乳腺癌早期发现和动态监测等需求。 

    近年来，生物传感技术通过将生物识别元件与目标分子的特异性结合转化为可检测的定量信号(如光、电或化学信号)，实现了多种目标分子的高灵敏、高特异性检测，也为精准诊断技术的发展指明了新方向。随着生物传感技术与纳米技术的交叉融合，面向生命健康的生物传感技术研究有力地推动了临床诊断向更精准的分子表型分析跨越。尤其是随着液体活检的兴起，通过 分析循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA以及循环细胞外囊泡等体液生物标志物，能够及时获取疾病相关的分子信息，为非侵入性的疾病早期筛查诊断和疾病进展的动态监测开辟了新的途径。尽管如此，疾病发生早期的低丰度生物标志物及其复杂分子特征仍是当前生物传感技术发展面临的主要挑战。本研究团队以及所依托的上海大学分子识别与生物传感研究中心，长期致力于基于跨学科交叉融合的新型生物传感技术研究，通过针对肿瘤细胞、细胞外囊泡以及细菌等生物标志物的高灵敏检测技术开发，为相关疾病早期诊断以及个性化治疗提供可行的技术支持。

 Advances in biosensing technology targeting life and health

 ZHAO Jing, ZHANG Juan, CHEN Guifang, CAO Ya, LI Genxi   

  1.  Center for Molecular Recognition and Biosensing, School of Life Sciences, Shanghai University, Shanghai 200444, China
  • Received:2025-03-24 Online:2025-05-18 Published:2025-05-12

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摘要： 疾病的早期诊断是改善患者预后的关键，尤其是对于癌症等重大慢性疾病，早期精准诊断能够显著提高患者的生存率并降低其医疗负担。近年来，生物传感技术与DNA纳米技术的深度融合有力地推动了生物医学领域的快速发展，在突破传统诊断方法局限的同时，促进疾病诊断向更精准的分子表型分析转变，进而通过提升检测技术的灵敏性、特异性及实时监测能力等，为疾病早期发现和病程监测提供有力工具。本文以本团队近5年工作为例，系统介绍了面向生命健康的生物传感技 术最新研究进展，重点聚焦肿瘤细胞、细胞外囊泡以及细菌等标志物的新型生物传感技术研究，旨在为重大慢性疾病的早期筛查和精准干预提供新思路。

关键词: 疾病诊断, 生物传感技术, 液体活检, 生命健康

Abstract:  Early diagnosis of diseases is essential for improving the prognosis of the patients, particularly for those with major chronic diseases, such as cancers, as early and precise diagnosis can significantly enhance the survival rates of the patients and reduce their healthcare burdens. In recent years, the in-depth integration of biosensing technology and DNA nanotechnology has greatly promoted the rapid advancements in the biomedical field, effectively overcoming the limitations of traditional diagnostic methods and enabling the transition of disease diagnosis to more accurate molecular phenotypic analysis. This advancement has substantially improved the sensitivity, specificity, and real-time monitoring capabilities of the biosensing techniques, providing powerful tools for early disease diagnosis and progression monitoring. This paper, taking the work of our team in recent five years as an example, systematically introduces the progress in biosensing techniques focusing on life and health, particularly highlighting the development of the biosensing techniques in the detection of different biomarkers, such as tumor cells, extracellular vesicles, and bacteria. These developments may pave the way to promote the early screening and precise intervention of major chronic diseases.

Key words:  , disease diagnosis, biosensing technology, liquid biopsy, life and health

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