Por definición, un biosensor es un dispositivo bioanalítico que incorpora un elemento de reconocimiento molecular (bioreceptor) asociado a, o integrado en, un transductor físico-químico. Según esto, un biosensor está formado por tres componentes básicos: un bioreceptor capaz de capturar específicamente la diana molecular de interés, un transductor de señal capaz de convertir esa interacción en una señal eléctrica medible, y un procesador de señal que cuantifique, analice y muestre los resultados. De esta manera, la captura de un analito sobre el sensor puede ser traducida directamente en una señal medible. Hasta la fecha, se han desarrollado y descrito numerosos biosensores basados en la utilización de una amplia variedad de elementos de bioreconocimiento (desde bioreceptores "clásicos" tales como anticuerpos, sondas de ácidos nucleicos, antígenos o enzimas, a novedosas alternativas como aptámeros, polímeros biomiméticos o péptidos) y tipos de transductores (principalmente agrupados en ópticos, electroquímicos y micromecánicos).

Los Biosensores Electroquímicos se encuentran entre los más utilizados hoy en día gracias a su portabilidad, bajo coste, pequeño tamaño, rapidez y fiabilidad. Además, los transductores y equipos electroquímicos son relativamente fáciles de miniaturizar en plataformas multiplexadas, que acopladas a motivos microfluídicos integrados son altamente compatibles con el análisis multianalito. Esto favorece el desarrollo de dispositivos portables (Point-of-Care, POC), que pueden ser usados a pie de cama por el paciente o el equipo médico. Los dos ejemplos más claros son probablemente el biosensor electroquímico de glucosa, que ha facilitado enormemente la vida a los pacientes diabéticos, y el analizador clínico i.STAT (Abbot), que combina varios biosensores electroquímicos en un solo chip y es capaz de detectar simultáneamente  varios electrolitos y metabolitos en muestras clínicas.

Es bien sabido que, a pesar de los ejemplos exitosos descritos, los inmunosensores clásicos presentan una serie de limitaciones. Por ejemplo, la modificación de un electrodo (para incorporar anticuerpos o prevenir la adsorción inespecífica de componentes no deseados) produce también su bloqueo parcial. Esto tiene un efecto negativo sobre la transferencia de electrones a través del transductor cuando se compara con el uso de electrodos vírgenes. Además, la reutilización de cualquier inmunosensor se ve limitada por el poco éxito de los protocolos de regeneración de regenaración. Esto implica que un inmunosensor tiene que ser lo suficientemente económico para ser desechable, pero a la vez suficientemente robusto, sensible y reproducible para tenga aplicación analítica.

En este contexto, la utilización de partículas magnéticas (PM) para el desarrollo de magneto-inmunosensores proporciona una serie de ventajas. Por un lado, las PM pueden ser incubadas activamente con las muestras (por ejemplo por rotación o agitación). Gracias a ello, la utilización de PM proporciona ensayos más rápidos, señales máximas más altas y límites de detección más bajos que la inmunocaptura llevada a cabo sobre superficies de detección en dos dimensiones, y permite también la separación y concentración rápida y sencilla del analito diana de otros componentes de la muestra. En consecuencia, la inmunocaptura se puede realizar en volúmenes de muestra más pequeños y tiempos de ensayo más cortos, lo que conlleva un importante ahorro de recursos.

Por otra parte, los analitos diana unidos a las PM pueden ser confinados con la ayuda de un imán sobre la superficie de un transductor para su detección, y ser luego liberados eliminando el imán para la regeneración del sensor, algo especialmente interesante cuando se emplean dispositivos caros y sofisticados. En el caso de la detección electroquímica, esto garantiza que la incubación con muestras y reactivos potencialmente complejos se lleva a cabo lejos del electrodo en el que  se llevará a cabo la detección electroquímica. Por consiguiente, se pueden utilizar para la detección electrodos vírgenes, no modificados (en oposición a los dispositivos biofuncionalizados que conforman los biosensores clásicos), y la superficie del electrodo de trabajo es fácilmente accesible para un rendimiento mejorado.

La nanotecnología es un campo emergente que está teniendo un enorme impacto en el desarrollo de ensayos y biosensores y, por extensión, en su aplicación al diagnóstico. Los nanomateriales pueden mostrar combinaciones casi ilimitadas de composición, tamaño y geometría, que pueden ser ajustados casi a voluntad y potencialmente acoplados a bioreceptores para producir nanosondas con las propiedades deseadas. En el campo concreto del desarrollo de biosensores, los nanomateriales se suelen aplicar de tres formas diferentes.

En primer lugar, y dado que las nanoestructuras se caracterizan por mostrar una alta relación superficie-volumen, los nanomateriales se explotan extensamente para la producción de portadores multi-marcador. En oposición a la detección utilizando bioreceptores conjugados a marcadores solitarios, se ha demostrado que la utilización de nanoestructuras multi-marcador genera respuestas más altas y más rápidas, lo que contribuye a mejorar los límites de detección del bioensayo / biosensor hasta en tres órdenes de magnitud.

Alternativamente, se ha explorado la utilización de un buen número de nanomateriales, incluyendo derivados de fullereno, nanopartículas de oro, nanopartículas de tierras raras y nanopartículas ferromagnéticas, como enzimas artificiales o miméticos enzimáticos (nanozymas) gracias a su actividad catalítica hacia varios sustratos moleculares. A este respecto se ha propuesto que la implementación de nanozymas como marcadores en bioensayos / biosensores generaría alternativas más estables y económicas que la utilización de enzimas naturales.

En tercer lugar, la incorporación de nanomateriales a la superficie de un sensor incrementa el área efectiva del mismo y puede llegar a mejorar de forma importante su comportamiento. Un buen exemplo son los  nanotubos de carbono (NTC). Desde su descubrimiento, los nanotubos de carbono (NTC) han sido explotados para un buen número de aplicaciones electroanalíticas y sensoriales. Entre otros, la incorporación de NTC a un electrodo permite aprovechar la alta resistencia mecánica, estabilidad química y conductividad eléctrica de este nanocomponente. Por ejemplo, los electrodos modificados con NTC presentan superficies activas mayores y más rugosas, actividad electrocatalítica hacia una amplia variedad de moléculas, y transferencia de electrones más rápida que los electrodos no modificados.

Recientemente demostramos que los NTC dispersos en medio acuoso tienen una fuerte tendencia a adsorberse de forma inespecífica sobre la superficie de las partículas magnéticas (PM). El compuesto PM/NTC resultante puede entonces ser ensamblado magnéticamente sobre un electrodo usando un imán, lo cual resulta extremadamente rápido, simple y reversible, facilitando la regeneración/reutilización del electrodo. Estos NTC atrapados magnéticamente puede utilizarse para la producción de electrodos nanoestructurados de rendimiento mejorado, pero también se han aplicado exitosamente a la monitorización electroquímica de la propia superficie de las PM. En este contexto, los NTC sirven como cables que conectan las PM entre si y con el electrodo y permiten la detección electroquímica de cualquier marcador o diana molecular de carácter electroactivo que haya sido previamente enlazada a la superficie de las PM. Por ejemplo, hemos demostrado que la dopamina, un neurotransmisor electroactivo, podía ser la primeramente inmunocapturada y concentrada usando PM específicas, lo que elimina interferentes potencialmente presentes en la muestra, seguido de atropamiento magnético de NTC sobre el electrodo, lo que promueve el cableado eléctrico de la superficie y permite la detección electroquímica directa de la molécula capturada.