它是由生物物质（如酶、蛋白质、抗原、抗体、微生物、细胞、组织等）作靶标物、纳米材料作敏感元件、适当的理化换能器（如电极、光纤、场效应晶体管、压电晶体等）和信号放大器构成的一类分析装置。待测生物靶标经纳米材料特异性识别，产生的信息继而被转换成定量可处理的信号，从而得出待测物质的浓度。与传统的生物传感器相比，生物纳米传感器可进行分子水平上的操作和控制，不仅具有灵敏度高、选择性强、能耗低等优异性能，而且表现出集成化、微型化、智能化、便携化等特点。生物纳米传感器已成为医疗诊断、细胞成像、纳米医学等多个领域研究的有力工具，例如：固态纳米孔技术用于核酸单分子测序和蛋白质分子识别和作用机理研究；碳纳米管阵列通过核酸探针固定和电化学方法实现多种基因序列的快速检测；局域等离子体共振材料用于分子诊断和细胞成像研究；纳米荧光探针实现疾病相关核酸或蛋白标志物分子的检测及细胞和活体成像；单粒子光学传感技术用于单细胞和单分子方面的分析研究等。

纳米传感器是利用纳米材料将待测物的物理、化学或生物等信息转换成光电声热等可测量信号的一类分析工具或系统。随着纳米技术的快速发展，各种纳米材料被广泛应用于纳米传感器的构建，如零维纳米材料（如贵金属纳米颗粒、量子点、碳点）、一维纳米材料（如碳纳米管、硅纳米线、导电聚合物纳米管）、二维纳米材料（如石墨烯、二硫化钼）以及纳米复合材料等。纳米材料的小尺寸、大比表面积、良好生物兼容性等特点显著提高了纳米传感器的检测特异性和敏感性，极大地拓宽了传感器在医学诊断、食品安全、气体检测等多个领域的应用。