近10年来，无论在发达国家还是发展中国家，癌症的发病率都在快速上升。然而，癌症不像其他疾病那样有早期症状，患者一旦发现身体某部位不适，往往已到癌症晚期，从而失去了手术、化疗或放疗等最佳治疗时机。纳米传感器技术的突破为癌症早期诊断带来了新的希望。
2009年，日本筑波大学的研究人员宣布成功合成出一种能在近红外区域发出荧光的发光蛋白。这种发光蛋白可轻易渗入活体组织，且对组织无害。动物实验证实，将微量发光蛋白注入实验动物肝脏内，并借助CCD照相机，在近红外光照射下可拍摄到十分清晰的肝癌图像，便于医生判断肿瘤位置并及时采取对症治疗措施。
在此之前，美国斯坦福大学研究人员已合成出一种名为“纳米碳管”的新材料。据报道，将纳米碳管用荧光标记物标记后注入癌症实验动物体内，再用拉曼光谱仪检查，同样能精确诊断肿瘤所在位置及其大小。
英国谢菲尔德大学研究人员开发出一种纳米生物传感器，只需用棉签蘸取患者口腔液体涂在纳米传感器上，即可判断患者是否患有口腔癌。
哈佛大学研究人员开发出一种硅纳米线，将其与抗体受体连接后，可检测患者血液中的癌标志物。此前有报道称，癌症患者血液中存在百纳米级的癌标志物，但现有诊断技术无法测出。哈佛大学发明的纳米硅生物传感器未来有望用于验血技术，以测定患者是否患有癌症。
我国旅美科学家陈晓原博士及其助手研制成一种可供MRI/PET等诊断成像仪使用的新型纳米生物传感器。该生物传感器采用放射性碘标记的锰/铁纳米磁颗粒，将其注入肿瘤实验动物体内，再用MRI/PET检查可立即测出癌细胞是否已通过淋巴系统转移。这种放射性碘标记的纳米颗粒在诊断恶性肿瘤方面具有广泛的应用前景。