分子傳感器或化學傳感器是一種分子結構（有機或無機復合物），用于感測分析物以產生可檢測的變化或信號。化學傳感器的作用依賴于在分子水平上發生的相互作用，通常涉及連續監測給定基質（如溶液、空氣、血液、組織、廢水、飲用水等）中化學物質的活性。化學傳感器的應用被稱為化學傳感，它是一種分子識別形式。所有化學傳感器都被設計成包含一個信號部分和一個識別部分，它們要么直接相互連接，要么通過某種連接器或間隔物連接。信號通常是基于光學的電磁輻射，引起傳感器的紫外線和可見光吸收或發射特性中的一個（或兩者）發生變化。化學傳感器也可以是基于電化學的。小分子傳感器與化學傳感器有關。然而，這些傳統上被認為是結構簡單的分子，反映了在分析化學中形成螯合分子以絡合離子的需要。化學傳感器是生物傳感器的合成類似物，不同之處在于生物傳感器結合了生物受體，例如抗體、適體或大型生物聚合物。被認為是結構簡單的分子，反映了在分析化學中需要形成螯合分子來絡合離子。化學傳感器是生物傳感器的合成類似物，不同之處在于生物傳感器結合了生物受體，例如抗體、適體或大型生物聚合物。被認為是結構簡單的分子，反映了在分析化學中需要形成螯合分子來絡合離子。化學傳感器是生物傳感器的合成類似物，不同之處在于生物傳感器結合了生物受體，例如抗體、適體或大型生物聚合物。化學傳感器描述了發出物質或能量存在信號的合成來源的分子。化學傳感器可以被認為是一種分析裝置。化學傳感器用于日常生活，并已應用于各種領域，例如化學、生物化學、免疫學、生理學等，以及一般醫學領域，例如血液樣本的重癥監護分析。化學傳感器可以設計為檢測/發出信號以檢測溶液中的單一分析物或此類物質的混合物。這可以通過單一測量或通過使用連續監測來實現。信號部分充當信號轉換器，以清晰且可重復的方式將信息（化學傳感器和分析物之間的識別事件）轉換為光學響應。最常見的是，通過測量化學傳感器的各種物理特性來觀察變化（信號），例如在吸收或發射中看到的光物理特性，其中使用了不同波長的電磁光譜。因此，大多數化學傳感器被描述為比色（基態）或發光（激發態、熒光或磷光）。比色化學傳感器會引起其吸收特性的變化（使用紫外-可見光譜記錄），例如吸收強度和波長或手性（使用圓偏振光和CD光譜）。相反，在發光化學傳感器的情況下，使用熒光光譜法檢測分析物會導致熒光激發或發射光譜中的光譜變化，這些變化使用熒光計記錄。這種變化也可以發生在其他激發態特性中，例如化學傳感器的激發態壽命、熒光的量子產率和極化等。大多數熒光光譜儀可以在低濃度（低于~10-6M）下實現熒光檢測。這提供了直接在光纖系統中使用傳感器的優勢。使用化學傳感器的例子是監測血液含量、藥物濃度等，以及在環境樣本中。離子和分子大量存在于生物和環境系統中，它們參與/影響生物和化學過程。開發分子化學傳感器作為此類分析物的探針是一項每年數十億美元的業務，涉及小型中小企業以及大型制藥和化學公司。化學傳感器首先用于描述分子識別與某種形式的報告分子的結合，因此可以觀察到客體的存在（也稱為分析物，參見上文）。化學傳感器被設計成包含一個信號部分和一個分子識別部分（也稱為結合位點或受體）。可以通過多種方式將這兩個組件結合起來，例如集成、扭曲或間隔。化學傳感器被認為是分子診斷領域的主要組成部分，屬于超分子化學學科，依賴于分子識別。在超分子化學方面，化學傳感是主客體化學的一個例子，其中客體（分析物）在宿主位點（傳感器）的存在引起識別事件（例如感），可以實時監控。這需要使用各種結合相互作用，例如氫鍵、偶極和靜電相互作用、疏溶劑效應、金屬螯合等，將分析物與受體結合。識別/結合部分負責選擇性和有效結合客體/分析物，取決于配體拓撲結構、目標的特性（離子半徑、分子大小、手性、電荷、配位數和硬度等）和溶劑的性質（pH、離子強度、極性）。化學傳感器通常被開發為能夠以可逆方式與目標物質相互作用，這是持續監測的先決條件。使用各種結合相互作用，如氫鍵、偶極和靜電相互作用、疏溶劑效應、金屬螯合等。識別/結合部分負責客體/分析物的選擇性和有效結合，這取決于配體拓撲結構、特性目標的性質（離子半徑、分子大小、手性、電荷、配位數和硬度等）和溶劑的性質（pH、離子強度、極性）。化學傳感器通常被開發為能夠以可逆方式與目標物質相互作用，這是持續監測的先決條件。使用各種結合相互作用，如氫鍵、偶極和靜電相互作用、疏溶劑效應、金屬螯合等。識別/結合部分負責客體/分析物的選擇性和有效結合，這取決于配體拓撲結構、特性目標的性質（離子半徑、分子大小、手性、電荷、配位數和硬度等）和溶劑的性質（pH、離子強度、極性）。化學傳感器通常被開發為能夠以可逆方式與目標物質相互作用，這是持續監測的先決條件。目標的特性（離子半徑、分子大小、手性、電荷、配位數和硬度等）和溶劑的性質（pH、離子強度、極性）。化學傳感器通常被開發為能夠以可逆方式與目標物質相互作用，這是持續監測的先決條件。目標的特性（離子半徑、分子大小、手性、電荷、配位數和硬度等）和溶劑的性質（pH、離子強度、極性）。化學傳感器通常被開發為能夠以可逆方式與目標物質相互作用，這是持續監測的先決條件。光學信號方法（如熒光）具有靈敏性和選擇性，為實時響應和局部觀察提供了平臺。由于化學傳感器被設計為既可以靶向（即可以識別和結合特定物種）又對各種濃度范圍敏感，因此它們可以用于在細胞水平上觀察實時事件。由于每個分子都可以產生可以選擇性測量的信號/讀數，因此化學傳感器通常被認為是非侵入性的，因此它們在生物物質（例如活細胞）中的應用引起了人們的極大關注。已經開發了許多用于觀察細胞功能和特性的化學傳感器示例，包括監測離子通量濃度和細胞內的轉運，例如Ca(II)、Zn(II)、設計用于選擇性識別合適客體（如金屬陽離子和陰離子）的配體一直是超分子化學的一個重要目標。最近創造了超分子分析化學一詞來描述分子傳感器在分析化學中的應用。小分子傳感器與化學傳感器有關。然而，這些傳統上被認為是結構簡單的分子，反映了在分析化學中形成螯合分子以絡合離子的需要。

雖然化學傳感器在1980年代首次定義，但這種熒光化學傳感器的xxx個例子可以證明是FriedrichGoppelsroder的例子，他在1867年開發了一種使用熒光配體/螯合物測定/傳感鋁離子的方法。這項工作以及其他人的后續工作催生了被認為是現代分析化學的東西。在1980年代，化學傳感的發展是由AnthonyW.Czarnik、A.PrasannadeSilva和RogerTsien實現的，他們開發了各種類型的發光探針，用于檢測溶液中和生物細胞內的離子和分子，用于實時應用。通過開發和研究用于生物學應用的熒光蛋白，Tsien繼續研究和發展這一研究領域，例如綠色熒光蛋白(GFP)，他因此獲得了2008年的諾貝爾化學獎。LynnSousa在1970年代后期，關于堿金屬離子的檢測，可能是在熒光傳感設計中使用超分子化學的xxx個例子，以及J.-M.Lehn,H.Bouas-Laurent和法國波爾多xxx大學的同事。在化學傳感中，使用通過共價間隔物連接到受體的熒光團現在通常被稱為熒光團-間隔物-受體原理。在這樣的系統中，傳感事件通常被描述為由于螯合誘導增強熒光(CHEF)和光誘導電子轉移(PET)機制引起的化學傳感器系統的光物理性質的變化。原則上，這兩種機制基于相同的思想；通訊途徑是從富電子受體到缺電子熒光團的空間電子轉移（通過空間）。這導致熒光猝滅（主動電子轉移），并且在沒有分析物的情況下，這兩種機制的化學傳感器的發射都“關閉”。然而，在分析物和受體之間形成主客體復合物后，通訊途徑被破壞，熒光團的熒光發射增強或“開啟”。換言之，熒光強度和量子產率在分析物識別時得到增強。熒光團受體也可以集成在化學傳感器中。這會導致發射波長的變化，這通常會導致顏色的變化。當傳感事件導致形成肉眼可見的信號時，這種傳感器通常稱為比色傳感器。已經開發了許多用于離子（例如氟化物）的比色化學傳感器的例子。pH指示劑可被視為質子的比色化學傳感器。此類傳感器已針對其他陽離子以及陰離子和更大的有機和生物分子（例如蛋白質和碳水化合物）開發。

化學傳感器是納米級分子，用于體內應用需要是無毒的。化學傳感器必須能夠提供可測量的信號以直接響應分析物識別。因此，信號響應與傳感事件的大小（以及分析物的濃度）直接相關。而信號部分充當信號傳感器，將識別事件轉換為光學響應。識別部分負責以選擇性和可逆的方式與分析物結合。如果結合位點是“不可逆的化學反應”，則指示劑被描述為熒光化學劑量計或熒光探針。必須在兩個部分之間打開主動通信路徑才能使傳感器工作。在比色化學傳感器中，這通常依賴于受體和傳感器的結構整合。在發光/熒光化學傳感中，這兩個部分可以“隔開”或與共價間隔物連接。這種熒光化學傳感器的通訊途徑是通過電子轉移或能量轉移。受體和分析物之間的主客體識別的有效性取決于幾個因素，包括受體部分的設計，其目標是盡可能匹配目標分析物的結構性質的性質，以及感測事件發生的環境的性質（例如介質的類型，即生物樣本中的血液、唾液、尿液等）。

所有化學傳感器都設計為包含一個信號部分和一個識別部分。根據信號事件中涉及的機制，它們直接集成或與短的共價間隔物連接。化學傳感器可以基于傳感器和分析物的自組裝。這種設計的一個例子是（指標）置換分析IDA。已經開發了用于諸如檸檬酸根或磷酸根離子等陰離子的IDA傳感器，這些離子可以取代指示劑-宿主復合物中的熒光指示劑。所謂的UT味覺芯片（德克薩斯大學）是一種原型電子舌頭，將超分子化學與基于硅片和固定受體分子的電荷耦合器件相結合。大多數離子化學傳感器的例子，例如堿金屬離子（Li+、Na+、K+等）和堿土金屬離子（Mg2+、Ca2+等）的化學傳感器，其設計目的是使熒光基團成分的激發態處于激發態。當傳感器未與這些離子絡合時，化學傳感器會因電子轉移而猝滅。因此沒有觀察到發射，傳感器有時被稱為“關閉”。通過將傳感器與陽離子復合，改變電子轉移的條件，從而阻斷淬滅過程，并“開啟”熒光發射。PET的概率由系統的總自由能（吉布斯自由能ΔG）決定。PET的驅動力由ΔGET表示，可以使用Rehm-Weller方程估計電子轉移的自由能的整體變化。電子轉移與距離有關，并隨著間隔物長度的增加而減少。通過不帶電物質之間的電子轉移猝滅導致自由基離子對的形成。這有時被稱為初級電子轉移。在PET之后發生的可能的電子轉移稱為“二次電子轉移”。螯合增強淬滅(CHEQ)與CHEF的效果相反。在CHEQ中，觀察到化學傳感器的熒光發射與最初在主客體形成時看到的“自由”傳感器相比有所減少。由于電子轉移是定向的，因此此類系統也已通過PET原理進行了描述，被描述為從受體到熒光團的PET增強，淬滅程度增強。這種效應已被證明可用于檢測羧酸鹽和氟化物等陰離子。物理、生命和環境科學領域的科學家已經開發了大量的化學傳感器示例。在識別事件時熒光發射從“關閉”“打開”的優勢使化學傳感器能夠與“夜間信標”進行比較。由于該過程是可逆的，因此發射增強取決于濃度，僅在高濃度（完全結合的受體）下變得“飽和”。因此，可以在發光（強度、量子產率和某些情況下的壽命）和分析物濃度之間建立關聯。通過仔細設計和評估通信路徑的性質，已經設計出基于使用“開-關”切換或“開-關-開”或“關-開-關”開關的類似傳感器。將化學傳感器結合到表面（例如量子點、納米顆粒）或聚合物中也是一個快速發展的研究領域。

根據打開或關閉熒光發射原理工作的化學傳感器的其他示例包括F?rster共振能量轉移(FRET)、內部電荷轉移(ICT)、扭曲內部電荷轉移(TICT)、基于金屬的發射（例如鑭系元素發光），以及準分子和受激基復合物發射和聚集誘導發射（AIE）。化學傳感器是可以通過使用外部刺激在“開”或“關”狀態之間切換的分子的xxx個例子，因此可以歸類為合成分子機器，諾貝爾化學獎被授予2016年，Jean-PierreSauvage、FraserStoddart和BernardL.化學傳感中使用的這些相同設計原則的應用也為分子邏輯門模擬(MLGM)的開發鋪平了道路，由deSilva及其同事在1993年首次提出使用基于PET的熒光化學傳感器。分子已被用于操作根據布爾代數，它基于一個或多個物理或化學輸入執行邏輯運算。該領域已經從基于單一化學輸入的簡單邏輯系統的開發發展到能夠執行復雜和連續操作的分子。

化學傳感器已通過表面功能化結合到顆粒和珠子（例如金屬基納米顆粒、量子點、碳基顆粒）以及軟材料（例如聚合物）上，以促進它們的各種應用。其他受體對特定分子不敏感，但對分子化合物類別敏感，這些化學傳感器用于基于陣列（或微陣列）的傳感器。基于陣列的傳感器利用差異受體結合的分析物。一個例子是對橡木桶中陳年蘇格蘭威士忌中積累的幾種單寧酸進行分組分析。分組結果顯示與年齡相關，但個別成分沒有。類似的受體可用于分析葡萄酒中的酒石酸鹽。化學傳感器在細胞成像中的應用特別有前途，因為現在大多數生物過程都通過使用共焦熒光和超分辨率顯微鏡等成像技術進行監測。復合石房蛤毒素是一種在貝類中發現的神經毒素，也是一種化學武器。這種化合物的實驗傳感器再次基于PET。石房蛤毒素與傳感器的冠醚部分的相互作用殺死了其向熒光團的PET過程，并且熒光從關閉切換到開啟。不尋常的硼部分確保熒光發生在電磁光譜的可見光部分。