组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
3-氧代十二酰基高丝氨酸内酯（3-oxo-C12-HSL）、丁酰基-L-高丝氨酸内酯（C4-HSL）；样品基质为AB细菌最小培养基（含葡萄糖，限氧条件），作者提出可应用于体外呼吸道组织等感染模型。
检测原理
该传感器以铜绿假单胞菌lasI/rhlI双突变体为全细胞识别元件。外源3-oxo-C12-HSL和C4-HSL分别结合LasR和RhlR受体，激活las/rhl群体感应级联；只有两种信号同时存在时，phz操纵子才充分上调，合成更多酚嗪。酚嗪是细菌内源可逆氧化还原中介体，在细菌代谢与碳纤维电极之间穿梭电子。葡萄糖在限氧条件下被细菌氧化提供电子，电子经电极外电路传递至铁氰化钾阴极或恒电位仪设定的阴极电位。酚嗪产量随双信号协同增加，使电流或最大功率密度超过阈值，输出逻辑1；单信号或无信号时信号低于阈值，输出逻辑0。该过程通过基因表达上调实现生物放大，最终由电流/功率阈值完成数字读出。
检测灵敏度
—
效应效果
在电位控制BES中，双信号输入（1,1）电流为0.42±0.06 mA，高于0.29 mA阈值，输出1；无信号为0.04±0.01 mA，仅C4-HSL为0.22±0.03 mA，仅3-oxo-C12-HSL时电流低于仅C4-HSL且低于阈值，输出0，阈值置信度99.0%，ANOVA p=0.001。自供电MFC中，1,1最大功率密度为1.69±0.41 mW m−2，阈值1.19 mW m−2（88.9%置信度），ANOVA p=0.015。批式MFC受铁氰化钾扩散/积累影响，置信度较低。系统响应时间约115 h，未报告选择性、稳定性、RSD或实际样品回收率。作者认为可用于铜绿假单胞菌感染监测、发酵、污水处理与修复。
传感器的构成
- 换能器电极：碳纤维布（carbon fiber cloth, CFC）作为工作电极/阳极，几何面积162 cm2，提供电子传递界面。
- 隔膜：Nafion 117 质子交换膜（23 cm2），用于MFC中分隔阳极室与阴极室并传递质子。
- 阴极/对电极：石墨棒（potentiostatic BES）或CFC阴极（MFC），阴极室含0.1 M磷酸盐缓冲液和0.1 M铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]）作为终端电子受体。
- 参比电极：Ag/AgCl（饱和KCl），用于恒电位控制BES的电位基准。
- 识别元件：铜绿假单胞菌PA14 lasI/rhlI双突变体（P. aeruginosa lasI/rhlI double mutant），作为全细胞识别与信号转导元件，响应外源QS信号。
- 信号标记/电子中介体：细菌内源酚嗪（phenazines），由phz操纵子编码酶合成，作为可逆氧化还原中介体传递电子。
- 电子供体/培养基：AB细菌最小培养基（AB medium，pH 6.8，含30 mM葡萄糖等），在限氧条件下支持细菌代谢并提供电子供体。
- 读出装置：恒电位仪（VSP, Bio-Logic）或MFC极化曲线，用于读取电流或最大功率密度（MPD）并判断逻辑输出。
中文摘要
本文报道了一种基于铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）lasI/rhlI双突变体的细菌AND逻辑门，并将其作为可决策、自供电的生物传感器。该生物电子系统以两种群体感应信号分子3-氧代十二酰基高丝氨酸内酯（3-oxo-C12-HSL）和丁酰基-L-高丝氨酸内酯（C4-HSL）为输入信号，利用活菌在电极上的电活性产生电流。双突变体不能自产上述信号分子，因此可被外源信号刺激。当两种信号同时存在时，las/rhl群体感应级联被激活，phz操纵子表达上调，酚嗪合成增加；酚嗪作为可逆氧化还原中介体促进电子传递，使电流或最大功率密度超过阈值，输出逻辑1。若仅存在一种信号或无信号，输出低于阈值，为逻辑0。作者在恒电位控制生物电子系统和自供电微生物燃料电池中验证了该AND逻辑门，并认为其可用于铜绿假单胞菌感染监测、发酵、污水处理和修复过程。
英文摘要
We developed a bacteria-based AND logic gate using a Pseudomonas aeruginosa lasI/rhlI double mutant with two quorum-sensing signaling molecules as the input signals. We showed a distinct electrical output signal, despite the complexity and continuous regulation of metabolic reactions of living cells.