Biosensoren sind analytische Systeme, die eine biologische Erkennungskomponente (z. B. Enzyme, Antikörper, DNA, Zellen) mit einem physikalisch-chemischen Wandler (Transducer) koppeln, um biochemische Informationen in ein messbares Signal umzusetzen. Für die Werkstofftechnik stehen dabei die Gestaltung der Sensormaterialien, Oberflächen und Schnittstellen im Vordergrund.

Die biologische Erkennungsschicht erfordert Substrate, die eine definierte Immobilisierung und langfristige Stabilität der Biorezeptoren erlauben. Häufig verwendete Plattformen sind funktionalisierte Metalle, Oxide (z. B. SiO₂, Al₂O₃), Kohlenstoffnanomaterialien (Graphen, CNTs) und leitfähige Polymere. Oberflächenchemie, Rauigkeit und Benetzbarkeit bestimmen Spezifität, Kinetik und Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich.

Der Transducer kann elektrochemisch, optisch, piezoelektrisch oder thermisch arbeiten. In bioelektronischen Systemen dominieren elektrochemische Wandler (Amperometrie, Potentiometrie, Impedanzspektroskopie), da sie eine hohe Miniaturisierbarkeit und Integration in CMOS- oder flexible Substrate erlauben. Hier sind elektrodennahe Diffusion, Leitfähigkeit der Materialien und elektrochemische Stabilität zentrale Auslegungskriterien.

Tragbare Biosensoren, etwa für Schweißanalyse, stellen zusätzliche Anforderungen an mechanische Flexibilität, Hautverträglichkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Dünne, elastische Polymerfolien, Stretch-Substrate und korrosionsbeständige Elektrodenmaterialien (z. B. Au, Pt, PEDOT:PSS) sind hierfür etabliert. DNA-Biosensoren erfordern darüber hinaus kontrollierte Oberflächenfunktionalisierung für Oligonukleotid-Proben sowie eine materialsensitive Unterdrückung unspezifischer Adsorption.

Aktuelle Entwicklungen konzentrieren sich auf nanostrukturierte Oberflächen zur Signalamplifikation, integrierte bioelektronische Plattformen und langlebige Biohybrid-Materialien, um Sensitivität, Selektivität und Betriebsdauer unter realen Umgebungsbedingungen zu maximieren.