编辑推荐：
本综述系统梳理了便携式NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）生物传感器在光学（荧光/比色/表面增强拉曼散射）、电化学及合成生物学三大技术路径的最新进展，重点分析了其灵敏度（LOD）、选择性、响应时间等性能指标，并探讨了临床转化中面临的复杂基质干扰、长期稳定性等关键挑战与跨学科融合解决方案。
2. 传感类型
便携式生物电子平台通过多种传感模式实现NADH的实时监测，主要分为光学、电化学和合成生物学方法，各类技术均在灵敏度、选择性、响应速度和便携性方面不断优化。
2.1. 光学方法
光学生物传感器通过将NADH浓度转化为荧光、吸光度或拉曼散射等光学信号的变化进行检测。其中，荧光传感器基于荧光探针与目标分子相互作用后荧光强度、发射波长或寿命的变化进行定量。例如，半导体聚合物点（Pdots）具有高亮度和光稳定性，其通过光诱导电子转移（PET）机制实现对NADH的双波长比率型检测，检测限（LOD）可达3.1 μM，响应时间小于5秒，并能与智能手机成像结合，实现活体小鼠皮下NADH的可视化监测。近红外（NIR）荧光探针（如KC8）利用喹啉基团作为识别位点，通过NAD(P)H的还原能力触发荧光增强，特异性监测线粒体NAD(P)H水平，在肿瘤检测和p53功能评估中展现出应用潜力。
比色传感器通过显色反应产生肉眼可见的颜色变化，操作简单、响应快速。纳米酶（如Pt/Fe@C）模拟天然酶（如NADH氧化酶）的催化活性，通过级联反应氧化底物TMB产生颜色变化，实现了0.4 nM的超低检测限，且稳定性优于天然酶。
表面增强拉曼散射（SERS）传感器利用等离子体纳米结构产生的“热点”极大增强NADH的拉曼信号，提供分子特异性“指纹”信息。通过设计开关型SERS纳米探针（如S-CNF-Ag NPs/MP），借助Fe3+/NADH的氧化还原循环调控报告分子信号，实现了人血清中1 μM–10 mM范围内的NADH检测，并具有良好的抗干扰能力。
2.2. 电化学方法
电化学传感器将生物识别事件转化为电流、电位或阻抗等电信号，具有易于微型化、成本低、响应快等优势。NADH的直接电化学氧化存在过电位高、电极易污染等问题。通过电极界面修饰（如导电聚合物、纳米材料、氧化还原介质）可构建复合层，通过介导电子转移降低过电位，提高电子转移动力学。例如，PTH-MBDES-ERG/GCE传感器在深共晶溶剂（DES）中制备，线性范围达1.52 μM至3.33 mM，检测限低至0.51 nM，并在人工尿液中表现出高准确性。纳米多孔金（NPG）电极也能显著降低NADH氧化的过电位。然而，生理环境中NADH浓度（痕量水平）远低于常见干扰物（如抗坏血酸、尿酸），因此传感器需在生理相关浓度比下进行验证以确保可靠性。
2.3. 合成生物学方法
合成生物学通过设计遗传电路、蛋白质开关等生物组件，构建可编程的生物传感系统。蛋白质传感器（如基于BRET的传感器）通过蛋白质构象变化产生光学信号；适体传感器利用通过SELEX技术筛选的高亲和力DNA适体，结合DNA纳米结构（如四面体DNA结构）在电极表面实现高特异性检测，检测限可达0.6 pM；生物纳米孔传感器则通过监测分子穿越孔道时的电流阻塞事件进行单分子检测，工程化的MspA-90PBA纳米孔平台可同时识别NAD+、NADH及其多种衍生物，并结合机器学习实现高精度分类，实时监测酶催化反应动力学。
2.4. 性能比较与决策框架
不同传感模式各有优劣：光学传感器灵敏度高、空间分辨率好，但易受组织散射和自发荧光干扰；电化学传感器易于微型化、响应快，但空间分辨率低，需界面工程提高选择性；合成生物学/纳米孔方法具有单分子精度和可编程性，但操作复杂、生物分子稳定性挑战大。未来便携式NADH传感的发展方向在于多种模式的战略性融合，例如上转换纳米颗粒（UCNPs）增强体内光学传感、电化学发光（ECL）结合电化学控制与光学读出、机器学习实时解卷积复杂信号等，以克服各自局限，形成针对特定应用的定制化解决方案。
3. NADH检测场景
NADH检测场景包括离体（如血液、尿液、唾液、细胞裂解液）和体内环境。血液（血清/血浆）是临床最相关的系统代谢评估基质，但其中的血红蛋白、电解质和内源性电活性物质会干扰光学和电化学检测。非侵入性基质（如尿液、汗液、泪液）为未来便携式设备提供了连续监测的潜力，但面临成分多变、样本量少等挑战。体内监测能提供最直接的生理背景下的实时代谢信息，但需解决生物相容性、信号完整性、穿透深度和设备微型化等关键问题。
4. 挑战与展望
便携式NADH生物传感器在迈向临床应用中仍面临多重挑战。提高特异性需从被动屏蔽转向智能识别，例如设计高保真识别元件、利用多维信号指纹、采用刺激响应门控策略。微型化与系统集成要求将自动采样、信号转换和数据读出功能整合于芯片平台。长期稳定性依赖于材料与工程解决方案，如对生物分子进行定向进化或固定化保护，对电极采用原子层沉积（ALD）技术封装，对植入设备使用柔性生物惰性基底和防污涂层。合成生物学传感器的长期储存稳定性可通过冻干技术和冻干无细胞蛋白质合成（CFPS）系统解决。未来传感器应朝着多参数检测方向发展，结合代谢网络分析提供更全面的生理状态信息。体内应用需优化生物相容性和动态监测能力。临床转化则需推进大规模临床验证并建立标准化框架。最后，传感与数据科学的融合至关重要，嵌入式人工智能（AI）和机器学习（ML）算法能实现实时信号解卷积、传感器漂移预测和高级模式识别，将传感器从“分析物定量器”提升为“代谢状态解释器”，最终实现预测性诊断和个性化闭环治疗干预。
5. 结论与未来展望
便携式NADH生物传感技术正从组件优化阶段迈向系统智能与功能集成的新时期。未来趋势包括：从单分析物检测到代谢物网络传感；从被动监测到主动反馈干预，形成“感知-响应”治疗系统；从专用设备到融合的数字健康生态系统，使传感器成为可穿戴设备或智能纺织品中的无形组件，实现持续、非侵入的健康评估。实现这一愿景需要材料科学、生物工程、数据科学和临床医学等多学科的持续汇聚努力，从而充分发挥NADH作为动态生物标志物的潜力，变革个性化代谢监测和治疗干预。
