近年來，高靈敏度生物傳感器的開發受到越來越多的關注。由于其獨特的物理化學性質，功能性納米材料信號放大策略在生物傳感領域取得了重大突破。但靈敏度和選擇性有待進一步提高。含有原子分散金屬活性中心的單原子催化劑(SACs)在各種催化反應的活性和選擇性方面具有獨特的優勢。因此，在可調節的金屬載體相互作用、配位環境和活性位點的幾何/電子結構的幫助下，SAC輔助信號放大策略在生物傳感器中具有廣闊的前景，表現出令人滿意的靈敏度和選擇性。
有鑒于此，華盛頓州立大學Yuehe Lin教授和華中師范大學朱成周教授等人，
本文要點
1）簡要討論了SAC的結構優勢。然后，重點介紹了SAC在比色，電化學，化學發光，電化學發光和光電化學生物傳感應用方面的原子尺度催化機理和信號放大作用。最后，討論并展望了SAC促進生物傳感信號放大策略在未來發展中將面臨的機遇和挑戰。
2）雖然已經取得了許多突破，但在生物傳感器領域，功能納米結構實現的信號放大策略的靈敏度和選擇性仍需進一步提高。與傳統的金屬納米顆粒催化劑相比，具有原子分散的活性位點，獨特的電子/幾何結構和不飽和配位環境的SAC在催化活性，穩定性和選擇性方面均具有巨大優勢，已成功應用于生物傳感信號放大中。
3）對于SACs促進的信號放大策略，仍有重大的機遇和挑戰需要被解決：(1)合成具有高催化活性的SACs。金屬的負載和SAC的暴露在提高催化活性方面起著至關重要的作用。與傳統的金屬納米顆粒催化劑相比，SACs具有100%的原子利用率，從而在多相催化和均相催化之間架起了橋梁。然而，所報道的SAC的金屬負載通常低于1.5％，這阻礙了基礎研究和實際應用。增強金屬負載并實現SAC的大批量生產和簡便生產仍面臨巨大挑戰。缺陷工程策略，協調設計策略和空間限制策略有望增加SAC的金屬負載。（2）合成具有高催化選擇性的SAC。催化選擇性高度依賴于金屬單原子的配位環境。首先，可以將雜原子（例如O，S，N，P和B）引入SAC中以改變配位環境，從而導致電子/幾何結構發生變化，從而提高與底物的結合能力以增加催化選擇性。（3）了解SAC的信號放大機制。盡管SAC可以放大生物傳感信號，但在機理研究方面僅進行了很少的研究。（4）探索SAC信號放大的多樣性。總結了基于比色法，電化學，CL，ECL和光電化學的信號放大策略。(5)探索SACs的其他有前景的功能。目前，功能型納米材料作為載體、催化劑和信號源在實現信號有效放大中發揮著關鍵作用，而SACs僅在這些傳感平臺中起催化劑作用。(6)擴大SACs的應用。盡管SAC具有催化上述小分子的巨大潛力，但由于缺乏金屬-金屬鍵，SAC中原子分散的金屬位點可能無法催化其他分子，這大大限制了SAC的傳感應用。
總之，盡管近年來取得了很大的進展，但在生物傳感領域的應用尚處于起步階段。隨著SACs的合成、表征和性能的提高，其在構建高敏感性生物傳感平臺方面將具有很高的前景，從而推動生物傳感器的快速發展。
參考文獻：
Lei Jiao et al. Single-atom catalysts boost signal amplification for biosensing. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00367K
https://doi.org/10.1039/D0CS00367K
