Toward Autonomous Electrochemical Sensing: Advances and Challenges in Calibration-Free and Long-Duration Technologies

纳米技术 生物传感器 计算机科学 信号(编程语言) 生化工程 数码产品 高分辨率 校准 分辨率(逻辑) 生物相容性材料 电子工程 电化学 编码(内存) 时间分辨率 材料科学 电流(流体) 化学 工程类
作者
Le Jing,Qianqian Li,S Y Li,Hui Li,Fan Xia
出处
期刊:Accounts of materials research [American Chemical Society]
卷期号:7 (7): 721-734
标识
DOI:10.1021/accountsmr.6c00038
摘要

Conspectus Electrochemical biosensors hold promise for autonomous molecular monitoring owing to their sensitivity, electronic compatibility, and suitability for wearable, implantable, and point-of-care platforms. However, conventional operation relies on external calibration that erodes with batch-to-batch variability and environmental fluctuations, ultimately compromising long-term accuracy in complex biofluids and in vivo environments. Calibration-free electrochemical sensing addresses this challenge through three complementary strategies. First, intrinsic dual-signal encoding strategy embeds two distinct redox-reporters to generate ratiometric outputs that convert absolute faradaic currents into self-normalized readouts, thereby eliminating the need for external calibration. Second, operationally programmed self-referencing strategy extracts drift-differentiated kinetics from a single reporter by varying measurement parameters or environmental conditions. Third, interfacial engineering slows signal decay and drift at its molecular origin through coordinated optimization of redox reporters, self-assembled monolayers, protective layers and nuclease-resistant nucleic-acid scaffolds. This Account summarizes recent advances, outlines these signal- and interface-level designs and their principles, and discusses opportunities toward long-lasting autonomous biosensing in clinical settings.

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