조직 생검의 대안으로서 최소 침습적 시술인 액체 생검(liquid biopsy)은 새로운 진단/예후 평가 수단으로 도입되었다. 혈액 또는 기타 생체유체로부터 질병 관련 표지자를 선별함으로써 조기 진단, 적시의 예후 예측, 그리고 질병의 효과적인 치료를 제공할 것으로 기대된다. 그러나 그 개념적·실용적 도전 과제들로 인해 실제 구현까지는 긴 여정이 필요할 것이다. 액체 생검에서 검출되는 표지자들(예: 순환 종양세포(circulating tumor cell, CTC) 및 순환 종양 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA))은 극도로 드물고, 정상 세포 성분이 풍부하여 종종 그 존재가 가려지므로, 액체 생검 기술의 발전을 위해서는 초고감도이면서도 정확한 검출 방법이 요구된다. 나노소재 기반 광학 바이오센서는 단순하고 실용적인 특성과 향상된 감지 성능을 제공하므로 액체 생검 분야에서 중요한 기회를 제시한다. 본 총설에서는 단백질, 펩타이드, ctDNA, miRNA, 엑소좀, 그리고 CTC를 민감하게 검출하기 위한 광학 나노소재의 최근 혁신들을 요약하였다. 각 연구는 감지 성능을 향상시키고 각 표지자의 요구사항을 충족시키기 위해 광학 나노소재를 맞춤형 설계로 제조한다. 금속 나노입자(nanoparticles, NPs), 양자점(quantum dots), 업컨버전(upconversion) NPs, 실리카 NPs, 고분자성 NPs, 그리고 탄소 나노소재의 독특한 광학적 특성이 민감한 검출 기작에 활용된다. 이러한 광학 나노소재를 이용한 액체 생검의 최근 성과들은 어려운 문제들을 극복할 수 있는 기회를 제공함과 동시에, 표지자의 아직 알려지지 않은 특성과 질병의 기작을 이해하는 데 필요한 자료를 제공한다.