荧光标记的溶质结合蛋白可因配体结合而改变荧光输出，已被用于多种生物传感器。传统方法常需对多个标记位点和多种荧光团进行试错筛选，过程费时，并可能降低配体结合亲和力或改变特异性。本文提出计算识别非破坏性偶联位点（CINC）方法，用于简化荧光团偶联位点的筛选。CINC 利用蛋白结构动力学性质，识别在偶联荧光团后仍能于配体结合时产生荧光变化...
本研究利用 hCaM-M124C-mBBr 荧光生物传感器和分子动力学（MD）模拟，考察四种钙调蛋白（CaM）相关肽在不同钙当量下与 CaM 的相互作用。由于该生物传感器灵敏度高，作者根据每种肽在不同钙当量下的荧光滴定结果计算了五个解离常数（Kd），发现钙饱和度与 Calspermin、nNOS 和 skMLCK 肽亲和力呈正相关；...
大脑功能依赖神经递质介导的神经元间通讯，其失调可导致多种精神和神经疾病。本研究结合全原子分子动力学模拟、活细胞BRET生物传感器和电生理实验，解析多巴胺在D2受体（D2R）上的作用机制。多巴胺及其结构类似物显示，配体与D2R结合口袋中TM5关键残基S5.42和TM6关键残基H6.55同时形成极性相互作用时，产生类似多巴胺的偶联特征，...
液晶弹性体（LCEs）是一类兼具聚合物弹性与液晶各向异性的材料，在热、光、电、磁等外部刺激下可改变其物理性质，因而适用于人工肌肉、光学器件、显微成像系统、生物传感器器件以及太阳能收集器优化等多种应用。由于应用范围广泛，数值模型不仅有助于深入理解支配 LCE 行为的力学机制，还能在不同工况下预测其性能。目前，有限元方法（FEM）、蒙特...
“粉红”或 1/f 噪声广泛存在于物理、经济、天体物理、生物乃至音乐与语言中。在电生理学中，多种生物离子通道和人工纳米孔的随机活动可用具有 1/f 功率谱密度的电流噪声描述。在炭疽毒素通道 PA63 中，该噪声表现为导电态与非导电态之间快速、电压无关的电流中断，这一特性阻碍了 PA63 作为离子通道生物传感器的发展。另一方面，PA6...
转录因子通过结合基因组DNA的特定区域调控基因活性，其选择性依赖于特异性与非特异性相互作用的精细平衡，但二者难以同时定量。本文利用反射幻影界面（Reflective Phantom Interface, RPI）——一种基于光学反射率的无标记生物传感器——研究酿酒酵母基因调控因子Gal4的N端结构域与含或不含有其共识序列的双链DNA...
羟基酪醇经生物酶催化形成的低聚物在抗氧化、抗炎和抗癌变等方面具有优于单体的多效健康改善作用，但其聚合工艺参数与深入机制仍不清楚。为探究羟基酪醇聚合过程，本研究考察了溶剂类型、反应液pH、反应温度和时间对聚合收率的影响，并采用分子对接揭示漆酶、酪氨酸酶和辣根过氧化物酶的结构变化。结果显示，漆酶催化羟基酪醇聚合在pH 5.0水缓冲液、5...
果糖肽氧化酶（FPOX）目前用于酶法检测血液样本中糖化血红蛋白和糖化白蛋白的浓度，二者是糖尿病的生物标志物。然而，FPOX 不能直接作用于糖化蛋白，因此现有酶法检测需要先对目标蛋白进行蛋白水解消化。为提高糖尿病检测酶法的速度并降低成本，本研究采用理性设计策略，结合 Rosetta 设计和分子动力学模拟，工程化改造一种具有更宽催化位点...
本研究通过简便化学法制备石墨/金纳米颗粒（G/AuNPs）电极，并优化其用于直接固定蛋白的电化学一氧化碳（CO）检测。石墨电极经 HNO3/H2SO4 酸处理引入含氧官能团，再在 HAuCl4·3H2O/NaBH4 体系中原位还原沉积 AuNPs，平均粒径约 60 nm。随后用 1-、3-、6- 和 11-巯基丙酸（MPA）修饰电极...
农药在农业中广泛使用，食品中的农药残留必须监测以防止毒性。牛乳中含量最高的蛋白质β-乳球蛋白（BLG）在其中央结合口袋（calyx）中对多种疏水配体具有较高亲和力，而许多常用农药具有疏水性。为预测BLG是否可能成为农药的非预期载体，作者对555种农药及其异构体共889个化合物进行了刚性分子对接筛选，并重点分析60个属于世界卫生组织五...
快速准确检测生物流体中的蛋白质在生物医学环境中日益重要，目前通常依赖集中实验室的自动化平台完成。本研究结合分子动力学计算与实验方法，建立了基于聚吡咯（PPy）分子印迹聚合物（MIP）的电化学生物传感器，用于蛋白质检测，并以前列腺特异性抗原（PSA）为模板模型。计算表明，对于任意PPy构象和蛋白中任意氨基酸位置，PSA分子均能稳定嵌入...
膜受体将胞外刺激转化为胞内信号，但其分子机制仍不清楚。本文报道了一种用于设计蛋白别构信号功能的计算方法。该方法结合分子动力学模拟与 Rosetta 设计计算，在别构位点工程化氨基酸“微开关”，通过调节受体构象稳定性或长程结构耦合，重新编程特定信号特性。作者设计了 36 个多巴胺 D2 受体变体，其组成型活性和配体诱导信号与预测高度一...
冠状病毒（CoVs）感染人和多种动物，引起高流行且严重的疾病。3C样蛋白酶（3CLpro，又称主蛋白酶）对病毒复制至关重要，并参与病毒多蛋白切割和宿主免疫调节，是抗病毒药物开发的重要靶点。本研究以猪流行性腹泻病毒（PEDV）3CLpro为模型，鉴定影响酶活性的关键新残基。首先建立一种快速、灵敏、高效的荧光素酶生物传感器，用于在哺乳动...
底物结合蛋白是一类在代谢物跨膜选择性转运中发挥关键作用的蛋白家族，其功能依赖于两个结构域的相对运动。本文以海栖热袍菌精氨酸结合蛋白（TmArgBP）为模型，通过蛋白切割研究该家族中的域间通讯。将 TmArgBP 切割为 D1 和 D2 两个结构域，并采用多种实验与计算技术系统表征其稳定性、晶体结构、精氨酸识别能力及动力学。结果表明，...
基于盐诱导金纳米颗粒（AuNP）聚集的比色适配体传感器是一种有前景的生物传感器，但其分子机制尚未完全阐明。本文采用分子动力学（MD）模拟，研究赭曲霉毒素A（OTA）检测中的分子相互作用，包括：（i）抗OTA适配体的分子识别；（ii）一价钠离子（Na+）和二价镁离子（Mg2+）电解质中OTA与适配体的相互作用；（iii）柠檬酸在AuN...
设计快速、简便、选择性高且低成本的生物传感器技术，是检测各类农药的重要方向。本文通过分子对接、特异性倾向分析和蛋白质识别能力评估，探讨农药检测的酶生物传感结构基础。研究选取乙酰胆碱酯酶（ACH）、细胞色素P450（CYP）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和蛋白激酶C（PKC）四种候选生物识别蛋白，分别对应神经递质、代谢、解毒和蛋白磷酸...
结核分枝杆菌 DosS 是响应一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）或缺氧而诱导休眠基因的关键组氨酸激酶。这些环境刺激由 DosS 血红素基团感知，引起 DosS 组氨酸残基自磷酸化，随后将磷酸基团转移至响应调节子 DosR 的天冬氨酸残基。为阐明气态配体识别与信号转导机制，作者通过定点突变 Glu-87 和 His-89，研究铁结合 ...
自石墨烯被发现以来，其在电子、材料和医学领域的应用研究迅速增长。其水溶性形式氧化石墨烯因对单链多核苷酸的优先吸附和荧光猝灭特性，在生物传感器中展现出潜力。然而，理性设计此类传感器需要深入理解结合热力学，并最终建立序列特异性结合的预测模型。为此，本文采用等温滴定量热法（ITC）直接测量核苷和寡核苷酸与氧化石墨烯纳米颗粒的结合，并利用结...
本文报道了不同电荷碳纳米管（CNTs）插入DNA纳米管过程的分子动力学模拟研究。作者指出，控制碳纳米管与生物分子之间的相互作用是其在生物技术中应用的关键。模拟结果表明，CNTs插入DNA纳米管的过程具有电荷可调性：在静电作用与范德华力共同驱动下，正电荷CNTs可在纳秒尺度模拟中自发进入并被限制在DNA纳米管的中空腔内；而负电荷CNT...
纳米孔可作为检测单链/双链DNA及DNA-蛋白复合物等生物纳米材料的传感器。为提高单分子灵敏度，需要控制生物分子在孔内的运动。本研究针对双链DNA（dsDNA），通过分子动力学模拟考察电偏置金属膜中固态纳米孔内DNA的构象涨落。模拟显示，在正偏压下DNA热涨落明显降低，负偏压仅带来可忽略的稳定作用；正偏压的稳定源于带负电DNA骨架与...