近年来，高灵敏度生物传感器的开发受到越来越多的关注。由于其独特的物理化学性质，功能性纳米材料信号放大策略在生物传感领域取得了重大突破。但灵敏度和选择性有待进一步提高。含有原子分散金属活性中心的单原子催化剂(SACs)在各种催化反应的活性和选择性方面具有独特的优势。因此，在可调节的金属载体相互作用、配位环境和活性位点的几何/电子结构的帮助下，SAC辅助信号放大策略在生物传感器中具有广阔的前景，表现出令人满意的灵敏度和选择性。

有鉴于此，华盛顿州立大学Yuehe Lin教授和华中师范大学朱成周教授等人，

本文要点

1）简要讨论了SAC的结构优势。然后，重点介绍了SAC在比色，电化学，化学发光，电化学发光和光电化学生物传感应用方面的原子尺度催化机理和信号放大作用。最后，讨论并展望了SAC促进生物传感信号放大策略在未来发展中将面临的机遇和挑战。

2）虽然已经取得了许多突破，但在生物传感器领域，功能纳米结构实现的信号放大策略的灵敏度和选择性仍需进一步提高。与传统的金属纳米颗粒催化剂相比，具有原子分散的活性位点，独特的电子/几何结构和不饱和配位环境的SAC在催化活性，稳定性和选择性方面均具有巨大优势，已成功应用于生物传感信号放大中。

3）对于SACs促进的信号放大策略，仍有重大的机遇和挑战需要被解决：(1)合成具有高催化活性的SACs。金属的负载和SAC的暴露在提高催化活性方面起着至关重要的作用。与传统的金属纳米颗粒催化剂相比，SACs具有100%的原子利用率，从而在多相催化和均相催化之间架起了桥梁。然而，所报道的SAC的金属负载通常低于1.5％，这阻碍了基础研究和实际应用。增强金属负载并实现SAC的大批量生产和简便生产仍面临巨大挑战。缺陷工程策略，协调设计策略和空间限制策略有望增加SAC的金属负载。（2）合成具有高催化选择性的SAC。催化选择性高度依赖于金属单原子的配位环境。首先，可以将杂原子（例如O，S，N，P和B）引入SAC中以改变配位环境，从而导致电子/几何结构发生变化，从而提高与底物的结合能力以增加催化选择性。（3）了解SAC的信号放大机制。尽管SAC可以放大生物传感信号，但在机理研究方面仅进行了很少的研究。（4）探索SAC信号放大的多样性。总结了基于比色法，电化学，CL，ECL和光电化学的信号放大策略。(5)探索SACs的其他有前景的功能。目前，功能型纳米材料作为载体、催化剂和信号源在实现信号有效放大中发挥着关键作用，而SACs仅在这些传感平台中起催化剂作用。(6)扩大SACs的应用。尽管SAC具有催化上述小分子的巨大潜力，但由于缺乏金属-金属键，SAC中原子分散的金属位点可能无法催化其他分子，这大大限制了SAC的传感应用。

总之，尽管近年来取得了很大的进展，但在生物传感领域的应用尚处于起步阶段。随着SACs的合成、表征和性能的提高，其在构建高敏感性生物传感平台方面将具有很高的前景，从而推动生物传感器的快速发展。

参考文献：

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