Per definició, un biosensor és un dispositiu bioanalític que incorpora un element de reconeixement molecular (bioreceptor) associat o integrat a un transductor fisicoquímic. Segons això, un biosensor està format per tres components bàsics: un bioreceptor capaç de capturar específicament la diana molecular d’interès, un transductor de senyal capaç de convertir aquesta interacció en un senyal elèctric mesurable, i un processador de senyal que quantifiqui, analitzi i mostri els resultats. D'aquesta manera, la captura d’un analit sobre el sensor pot ser traduïda directament en un senyal mesurable. Fins ara, s’han desenvolupat i descrit nombrosos biosensors basats en la utilització d’una àmplia varietat d’elements de bioreconeixement (desde bioreceptors "clàssics" com ara anticossos, sondes d’àcids nucleics, antígens o enzims, a noves alternatives com aptàmers, polímers biomimètics o pèptids) i tipus de transductors (principalment òptics, electroquímics i micromecànics).

Els Biosensors Electroquímics es troben entre els més utilitzats avui dia gràcies a la seva portabilitat, baix cost, petita grandària, rapidesa i fiabilitat. A més, els transductors i equips electroquímics són relativament fàcils de miniaturitzar en plataformes multiplexades, que acoblades a motius microfluídics integrats són altament compatibles amb l’anàlisi multianalit. Això afavoreix el desenvolupament de dispositius portables (Point-of-Care, POC), que poden ser usats a peu de llit pel pacient o l’equip mèdic. Els dos exemples més clars són probablement el biosensor electroquímic de glucosa, que ha facilitat enormement la vida als pacients diabètics, i l’analitzador clínic i.STAT (Abbot), que combina diversos biosensors electroquímics en un sol xip i és capaç de detectar simultàniament diversos electròlits i metabòlits en mostres clíniques.

És ben sabut que, malgrat els exemples desenvolupats amb èxit, els immunosensors clàssics presenten una sèrie de limitacions. Per exemple, la modificació d'un elèctrode (tant per incorporar anticossos, com per prevenir l'adsorció inespecífica de components no desitjats) produeix també el seu bloqueig parcial. Això té un efecte negatiu sobre la transferència d'electrons a través del transductor en comparació amb l'ús d'elèctrodes nus. A més, la reutilització dels immunosensors es veu limitada pel poc èxit dels protocols de regeneració d’anticossos. Això implica que un immunosensor hauria de ser prou econòmic per a ser d'un sol ús, però també prou robust, sensible i reproduïble per a tenir aplicació analítica.

En aquest context, la utilització de partícules magnètiques (PM) per al desenvolupament de magneto-immunosensors proporciona una sèrie d'avantatges. D'una banda, les PM es poden incubar activament amb les mostres (per exemple en rotació o agitació). Com a conseqüència d’això, emprar PM proporciona immunocaptures més ràpides, senyals màximes més altes i límits de detecció més baixos que la immunocaptura sobre superfícies de detecció en dues dimensions, alhora que permet dur a terme la separació i concentració de l’analit diana d'altres components de la mostra de manera ràpida i senzilla. En conseqüència, la immunocaptura es pot realitzar en volums de mostra més petits i amb temps d'assaig més curts, el que comporta un important estalvi de recursos.

D'altra banda, els analits diana units a les PM es poden confinar amb l'ajuda d'un imant sobre la superfície d'un transductor per a la seva detecció, i ser després alliberats eliminant l’ imant per a la regeneració del sensor, el que és especialment interessant quan s'estan utilitzant dispositius cars i sofisticats. En el cas de la detecció electroquímica, això garanteix que la incubació amb mostres i reactius potencialment complexos es fa lluny de l'elèctrode on es farà la detecció electroquímica. Per tant es poden utilitzar per a la detecció elèctrodes no modificats (en oposició als dispositius biofuncionalitzats que conformen els biosensors clàssics) i la superfície de l'elèctrode de treball és fàcilment accessible per a un rendiment millorat.

La nanotecnologia és un camp emergent que està tenint un enorme impacte en el desenvolupament d’assaigs i biosensors i, per extensió, en la seva aplicació al diagnòstic. Els nanomaterials poden mostrar combinacions gairebé il·limitades de composició, mida i geometria, que poden ser ajustats gairebé a voluntat i potencialment acoblats a bioreceptors per produir nanosondes amb les propietats desitjades. En el camp concret del desenvolupament de biosensors, els nanomaterials se solen aplicar de tres formes diferents. 

Primerament, i ja que les nanoestructures es caracteritzen per mostrar una alta relació superfície-volum, aquestes han estat explotades extensament per a la producció de portadors multi-marcador. En oposició a la detecció utilitzant bioreceptors conjugats a marcadors solitaris, s'ha demostrat que la utilització de nanoestructures multi-marcador genera respostes més altes i més ràpides, la qual cosa contribueix a millorar els límits de detecció del bioassaig/biosensor fins a tres ordres de magnitud.

Alternativament, s’ha explorat la utilització d'un bon nombre de nanomaterials, incloent derivats de fuleré, nanopartícules d'or, nanopartícules de terres rares i nanopartícules ferromagnètiques, com a enzims artificials o mimètics enzimàtics (nanozims) gràcies a la seva activitat catalítica cap a diversos substrats moleculars. Referent a això s'ha proposat que la implementació de nanozims com a marcadors en bioassaigs/biosensors generaria alternatives més estables i econòmiques que la utilització d’enzims naturals.

En tercer lloc, la incorporació de nanomaterials a la superfície d’un sensor incrementa l’àrea efectiva d’aquest i pot arribar a millorar de forma important el seu comportament. Un bon exemple son els  nanotubs de carboni (NTC). Entre d’altres, la incorporació d’NTC a un elèctrode permet aprofitar l’alta resistència mecànica, estabilitat química i conductivitat elèctrica d’aquest nanocomponent. Per exemple, els elèctrodes modificats amb NTC presenten superfícies actives majors i més rugoses, activitat electrocatalítica cap a una àmplia varietat de molècules, i transferència d’electrons més ràpida que els elèctrodes no modificats.

Recentment varem demostrar que els NTC dispersos en medi aquós tenen una forta tendència a adsorbir-se de forma inespecífica sobre la superfície de les partícules magnètiques (PM). El compost PM/NTC resultant pot esser llavors assemblat magnèticament sobre un elèctrode usant un imant, un procediment que resulta extremadament ràpid, simple i reversible, facilitant la regeneració/reutilització de l’elèctrode. Aquests NTC atrapats magnèticament poden utilitzar-se per a la producció d’elèctrodes nanoestructurats de rendiment millorat, però també s’han aplicat amb èxit a la monitorització electroquímica de la pròpia superfície de les PM. En aquest context, els NTC serveixen com a cables que connecten les PM entre si i amb l’elèctrode i permeten la detecció electroquímica de qualsevol marcador o diana molecular de caràcter electroactiu que hagi estat prèviament enllaçada a la superfície de les PM. Per exemple, hem demostrat que la dopamina, un neurotransmissor electroactiu, podia ser primerament immunocapturada i concentrada utilitzant PM específiques, el que elimina interferents potencialment presents a la mostra, seguit d’atrapament magnètic de NTC sobre l’elèctrode, el que promou el cablejat elèctric de la superfície i permet la detecció electroquímica directa de la molècula capturada.