综述：从原理到应用：双模传感器在诊断与药物分析领域的研究

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Principles to Applications: Research on Dual-Mode Sensors in Diagnostics and Drug Analysis

荧光与比色传感器的协同机制及其在疾病诊断与药物分析中的应用研究。摘要：系统总结荧光与比色传感器的原理、双模式整合策略及其在癌症、感染性疾病、代谢疾病等诊断及药物成分分析、代谢监测、杂质检测等环节的应用，为精准医学和制药领域提供理论参考。

陈洪月|唐晓雪|黄思琪|吕玉光|徐青

中国黑龙江省佳木斯市佳木斯大学药学院，邮编154007

摘要

荧光传感器和比色传感器作为两种重要的光学检测工具，在疾病诊断和药物分析领域展现出巨大的应用潜力。本文系统总结了荧光传感器和比色传感器的基本原理、工作机制以及它们实现双模整合的协同策略。重点介绍了双模传感器的设计理念和优势，并详细阐述了它们在诊断各种疾病（如癌症、传染病、代谢紊乱等）中的应用，以及在药物分析过程中的关键作用，包括药物含量测定、代谢监测和杂质检测。本文旨在为双模传感器的设计和应用提供系统的理论参考，促进其在精准医疗和药学领域的深入发展。

引言

随着生命科学和医学研究的深入，对精确、快速、灵敏的检测技术的需求日益迫切。荧光传感器和比色传感器作为基于光学信号变化的分析工具，由于其高灵敏度、操作简便性和可视化输出等优点，已成为早期疾病诊断、药物开发和质量控制等领域的研究热点[1]、[2]、[3]、[4]。传统的单信号传感器受到其传感机制的限制，存在信号不稳定、检测范围有限和误差较大的缺点[5]、[6]。例如，荧光方法具有高灵敏度，可用于体内追踪[7]、[8]，但通常需要可视化仪器，且紫外线的组织穿透能力较弱，使得荧光方法使用不便且容易受到背景干扰[9]。比色方法因其便捷性和直观性而受到广泛应用，但低灵敏度的局限性难以克服[10]、[11]。近年来，结合荧光和比色检测模式的双模传感器逐渐受到关注。这些传感器通过信号互补和相互验证，显著提高了检测的可靠性、抗干扰能力和适用性，尤其在复杂的生物样本和药物系统中表现出独特的优势[12]、[13]。

荧光传感器主要通过荧光强度、波长和寿命等参数的变化来实现对目标的特异性检测。其工作机制多种多样，包括光诱导电子转移（PET）、荧光共振能量转移（FRET）、聚集诱导发射（AIE）等[14]。比色传感器依靠目标引起的颜色变化进行定性或定量分析，具有低成本、操作简便和适合现场快速筛查的特点[15]。结合这两种技术的双模策略不仅提供了冗余验证以提高准确性，还能适应不同的应用场景（如实验室精确定量和现场快速筛查）。

目前，荧光传感器和比色传感器在癌症生物标志物检测、病原体筛查和药物代谢监测等领域取得了显著进展[16]。然而，在实际应用中，它们仍面临选择性不足、环境敏感性高和制备工艺复杂等挑战。因此，系统地整理双模传感器的设计原理、应用案例和发展趋势对于推动其从实验室向临床和实际应用的转化具有重要意义。

本文旨在系统阐述荧光传感器和比色传感器在疾病诊断和药物分析中的协同工作机制、设计策略和最新应用进展。文章首先分别介绍荧光传感器和比色传感器的基本原理和关键机制，然后重点讨论双模整合的策略和优势。随后，通过典型应用案例展示了双模传感器在各种疾病诊断和药物分析不同阶段的应用表现。最后，总结了当前面临的高性能、智能化和便携性等方面的挑战和未来发展方向。

章节摘录

荧光传感器的传感机制

荧光传感器是一种通过检测荧光信号的变化来识别目标分析物的光学传感器。其核心组件是荧光团。当受到特定波长的光激发时，荧光团从基态跃迁到激发态，然后通过辐射跃迁返回基态，同时发出荧光。目标分析物与荧光团或附近的识别单元（受体）之间的特定相互作用会改变

双模传感器在疾病诊断中的应用

双模传感器凭借其协同优势，在多种疾病的生物标志物检测中展现出巨大潜力。本章将系统回顾双模传感器在癌症、传染病、代谢性疾病等诊断中的应用进展。不仅介绍典型案例，还对同一目标物质的不同传感平台进行横向比较，揭示性能差异

双模传感器在药物分析中的应用

在整个药物研发、生产、质量控制和临床监测过程中，双模传感器因其互补的信号输出、自我验证能力和高可靠性而发挥着越来越重要的作用。它们的应用已渗透到监测外源污染物、药物内在质量控制、法医毒理学检测和核心药物开发等关键领域。

结论与展望

双模传感器结合了荧光和比色检测模式的优点，在疾病诊断和药物分析中具有广泛的应用前景。本文系统回顾了荧光传感器和比色传感的基本原理、双模整合的设计策略，以及癌症诊断、传染病筛查、代谢性疾病监测、抗生素残留检测和药物筛查的研究进展。

作者贡献声明

唐晓雪：撰写 – 审稿与编辑。黄思琪：数据整理。徐青：形式分析。吕玉光：资金获取。陈洪月：撰写 – 原稿

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了黑龙江省科学研究部门（项目编号LH2022B022）、黑龙江省教育厅基本业务经费（项目编号JMSUGPZR2026-008）以及“北方独特药用资源研发团队”和佳木斯大学“极东学术团队”（团队编号DJXSTD202403）的支持。