具有更好的亲和力和特异性的新抗体分子可以极大地影响下一代检测性能。然而，如果要把分析检测的界限推到更低的水平，诸如抗体等生物识别元素只是需要解决的众多组成部分之一。试剂、平台、信号生成和采集方面的改进在下一代免疫测定的发展中起着根本的作用。

纳米工程材料正在迅速成为一种常用的技术，用于改善各种应用的光学检测。纳米是希腊语的前缀，定义了最小的自然结构，而纳米技术一词则描述了对这些材料的操作，它们表现出卓越的电气、化学、机械或光学特性。这些材料已经被研究和优化，以提供远高于传统标签或染料的可调性、强度和寿命。

纳米颗粒具有独特的化学和物理特性，为在生物分析中作为探针使用提供了重要的可能性。与传统的染料相比，它们具有一些潜在的优势，如低背景水平，因为它们不散射光。由于低背景，可以实现较低的检测限。

特别是在电化学免疫测定领域，各种纳米材料，包括金属纳米颗粒（纳米金和纳米银）、半导体纳米颗粒、酶载碳纳米管等，已经被用来增强抗原-抗体相互作用产生的信号。

最近，一种利用碳纳米管（CNTs）检测食品中葡萄球菌肠毒素B的方法被证明是高度灵敏和复现的，这种方法表现出高的表面重量比和出色的机械性能。

发光半导体纳米晶体或量子点（QDs）具有许多光物理特性，为克服传统染料的局限性提供了独特的可能性。这些特性包括宽广的吸收光谱，可以用单一的光源进行激发；出色的光和化学稳定性，可以降低检测限和延长检测的时间；狭窄、对称的发射光谱，取决于尺寸。

最终，QD的这些固有特性意味着它们的使用可以允许用单一光源同时激发量子点，并同时将它们解析为不同的颜色并进行可视化。基于QD的多重免疫测定的前景是这些荧光团的最大潜力所在，但一些缺点，如与它们的合成和功能化相关的困难和成本，意味着它们的使用和发展受到了一定的阻碍。

另一项利用陶瓷纳米球的相对较新的技术是向上转换的荧光粉技术（UPT）。这些颗粒不会发生光漂白，有不同的颜色，并表现出优秀的信噪比。UPT技术目前正在由OraSure技术公司进行商业化。

有许多例子表明，不同的纳米材料相互结合使用，提供了超灵敏检测的新方法。在一个例子中，一个同时检测三种肝癌生物标志物的策略利用了金纳米粒子包覆的碳纳米管作为载体来固定标记的抗体并增强输出信号。

在另一个例子中，一个结合了嵌合纳米颗粒和镍纳米线结构的检测系统允许在系统中控制抗体的方向，这反过来又增加了抗体与蛋白质标记物的密度和比例。当应用于检测人血清样本中肌钙蛋白I水平的检测时，这种独特的方法导致了比传统ELISA形式下观察到的灵敏度高七个数量级（∼100,000倍）。

纳米材料的另一项应用是局部表面等离子体共振（LSPR）。LSPR描述了金属纳米粒子表面的传导电子在入射光的扰动下的集体共振振荡。

SPR是一个广泛使用的无标签检测系统，用于研究结合事件。SPR仪器（例如GEHC生产的Biacore仪器）虽然表现出优秀的特异性和可靠性，但价格昂贵且需要熟练的操作人员。

LSPR不需要任何仪器，而且可以用白光光源进行，这就为将SPR仪器表现出的精湛的灵敏度纳入微流控设备进行点对点的应用提供了可能。在一项研究中，作者描述了使用LSPR与金双锥体进行单分子免疫测定的情况，体现了这项技术的潜。

在涉及纳米材料的免疫测定中，最令人兴奋的发展之一也许是生物条码检测（BCA）的发展。在这种方法中，磁性微珠被用来进行异质性免疫测定，检测抗体用金纳米粒子标记，而金纳米粒子又用独特的「条形码」双链DNA标记。

免疫测定后，DNA被变性，产生的单链DNA被用于夹层DNA测定或基于PCR的方法。这种检测方法有很多优点，包括超高的灵敏度、高选择性、对多种目标的适应性以及可能在复杂样品中直接检测。由于每个金纳米粒子携带数百条DNA链，因此有大量的信号放大。

下面的例子可以说明该系统的高灵敏度，该例子由Chad Mirkin及其同事描述，测试了手术后病人的前列腺特异性抗原（PSA）的水平。

作者推断，为了排除残留的前列腺癌，需要检测到低至5 pg/mL的PSA水平。这比目前大多数检测方法的灵敏度高20倍。Mirkin和同事开发的生物条码检测法可以检测到低至330 fg/mL浓度的PSA，从而超过了所需的灵敏度。