下一代诊断有望利用人体中丰富的数据提供更有用的健康信息，其中大量数据被认为来自在体内多种活动中发挥关键作用的微小RNA（miRNA）。本文报道了利用超表面荧光（FL）生物传感器实现单个miRNA检测。该传感器为优化后的全介质纳米结构表面，具有优异的荧光检测能力。通过优化miRNA的逆转录（RT）、采用可抑制假反应的聚合酶链式反应（P...
本文报道了一种用于无标记检测免疫球蛋白M（IgM）的突破性石墨烯生物传感器，检测浓度可达100 zM（10−19 M）。该传感器为两终端器件，包含毫米级宽度的金界面，其表面物理吸附约10^12个抗IgM抗体，并通过浸水纸带与裸石墨烯电极电容耦合。在此构型中，少量亲和结合事件可触发蛋白层的集体静电重组，使生物功能化金表面产生扩展的表面...
无标签生物传感器已成为分析分子固有性质（如质量）并定量分子相互作用的重要工具，可避免标记干扰，对药物筛选、疾病生物标志物检测和分子水平生物学过程理解至关重要。过去十年，新型无标签成像生物传感器，包括表面等离子共振显微、干涉散射显微、等离子体散射显微和倏逝散射显微，推动该领域从集合平均走向单分子水平，揭示分子性质与结合过程的统计分布，...
纳米孔生物传感器开发与测序应用已取得显著进展，克服了此前限制其广泛应用的瓶颈。这些创新与牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technologies, ONT）对生物纳米孔测序的大规模商业化相结合，使该平台成为当代研究实验室的重要工具。纳米孔测序仪能够提供长读长和短读长信息，具有快速周转和简单样品制备的优点，正在快速推进...
内毒素是一种致命致热原，其准确、高效监测对医疗、食品和制药安全至关重要。现有内毒素检测主要依赖鲎试剂（LAL）法，但该方法为批量检测，步骤繁琐、耗时长、不可持续且易受人为误差影响。本文报道了一种基于适配体的实时光学内毒素传感器。该传感器利用金纳米颗粒（AuNPs）与金纳米薄膜（AuNF）之间距离依赖的局域表面等离子体共振散射，并通过...
DNA纳米技术为开发简便、低成本、高灵敏度的生物医学即时诊断纳米器件提供了有前景的途径，尤其适合检测癌症相关核酸，包括循环肿瘤DNA片段（ctDNA）、循环微小RNA（miRNA）及其他RNA。本文报道了一种动态DNA折纸书生物传感器，其表面精确修饰由供体和受体荧光团组成的阵列以及荧光猝灭剂，在外部刺激下产生强光学读出，用于单重或双...
数字生物传感检测技术相较于传统生物传感系统具有显著优势，能够实现单分子检测与绝对定量。与传统低丰度生物标志物筛查不同，数字生物传感系统将反应体积显著降低至飞升至纳升级别，从而大幅减少试剂消耗，提高反应速度和通量，并实现高灵敏度及单靶标检测。本综述系统介绍了当前用于反应分室化的技术，包括微滴微阵列、微孔阵列、微结构阵列和微流控装置，并...
基于纳米孔的技术显著扩展了无标记单分子传感、核酸（DNA、RNA和蛋白质）测序及其他生物技术应用的工具库。目前，生物来源、固态制备、混合型以及新近化学合成的类离子通道等多种纳米孔，已被用于生物分子的快速单分子传感和诊断应用。在数百纳米尺度上，DNA纳米技术，尤其是DNA折纸器件，能够组装复杂且动态的三维纳米结构，包括尺寸和形状可精确...
本研究开发了一种基于双功能哑铃探针的荧光生物传感器，用于肺癌细胞和组织中微小RNA（miRNA）的级联放大检测。该传感器将引物交换反应（PER）与CRISPR-Cas12a系统整合：目标miR-486-5p与哑铃探针结合后暴露引物结合区，短引物在Bst large fragment DNA聚合酶作用下延伸，并通过分支迁移释放探针，循...
集成光流生物传感器可满足高灵敏度、无扩增、多路单分子检测的需求，对控制传染病（如COVID-19）传播具有重要意义。本文报道了一种快速“样品到答案”方案，利用现场可编程门阵列（FPGA）在光流芯片上实现单颗粒荧光分析的实时监测。荧光纳米珠流经微通道时，以99%的准确率被检测，临床相关浓度3.4×10^4至3.4×10^6/mL可在数...
在临床与家庭诊断中，准确测定生物样品中代谢物浓度具有重要意义。本文报道了一种基于纳米孔的生物传感器及自动化数据分析方法，可在不到1分钟内对人尿中硫胺素（维生素B1）进行定量，且无需重新校准。该传感器采用Cytolysin A（ClyA-AS）蛋白纳米孔，并在孔内装载工程化周质硫胺素结合蛋白TbpA。为实现快速测量，作者通过重设计硫胺...
随着医疗技术进步和生活水平提高，阿尔茨海默病等神经退行性疾病日益增多。阿尔茨海默病被认为在患者生命早期即开始发生，并持续进展至老年。淀粉样假说从分子层面指出，自聚集的淀粉样肽是阿尔茨海默病进展病理生理的核心。精确量化人体体液样品（如脑脊液、血液）中的淀粉样肽，可为诊断和预后提供信息，目前已采用液相色谱、质谱和免疫分析等成熟生物传感技...
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（还原型 NADH、氧化型 NAD+）是基础生物化学研究和分子诊断中的关键辅因子，但二者在单分子水平上的识别与检测极具挑战。受生物系统启发，本研究设计并合成了仿生 NAD+/NADH 分子夹（MC），即八-(6-氨基-6-脱氧)-γ-环糊精八糖（octakis-(6-amino-6-deoxy)-γ-cyclom...
本研究开发了一种基于单个量子点的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，用于无抗体检测十-十一易位蛋白1（TET1）。该传感器以链霉亲和素包覆的CdSe/ZnS量子点（605QD）为荧光供体，以Cy5/生物素修饰且含5-甲基胞嘧啶（5mC）的发夹DNA探针为识别元件。TET1将探针中的5mC氧化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC），T4-...
单分子检测具有操作简便、响应快速、样品消耗少、信噪比高等特点，代表了测量科学中的极限灵敏度，已在生物传感器开发中受到广泛关注。近年来，多种具有独特化学、光学、力学和电子特性的功能纳米材料被合成出来，将其与单分子检测相结合，可构建性能优异的新型单分子荧光纳米传感器。本文综述了2011—2020年基于新型纳米材料构建的单分子荧光纳米传感...
本文报道了一种用于灵敏检测DNA甲基化的新型荧光生物传感器，该传感器将单分子检测与内切酶IV（endo IV）辅助信号放大相结合。传感器以甲基化敏感限制性内切酶HpaII判别靶DNA甲基化状态：未甲基化DNA被HpaII切割，甲基化DNA得以保留；保留的甲基化DNA链与含AP位点、5'端生物素和3'端Cy5标记的信号探针杂交，并被链...
单生物分子检测涵盖核酸、蛋白、病毒和细菌等目标，在生物学、环境、食品与农业、公共卫生和医学中至关重要。随着对这些生物分子功能及其对公共健康、环境污染和食品安全影响的认识不断深入，迫切需要先进检测技术实现早期、高灵敏检测。本文是一篇批判性综述，系统回顾并总结了一系列具有潜在单拷贝灵敏度的“数字”生物分子检测研究，重点讨论实现“数字”检...
检测微量生物化合物日益重要，但仍具挑战。等离子体纳米颗粒（NPs）可实现无标记光学传感并具备单分子分辨率，但其性能不仅取决于单个结合事件的检测能力，还取决于将分析物有效运输到结合位点的效率。本文从理论上研究将修饰有等离子体纳米颗粒的流体结构从常规微流控缩小到纳流控的影响。作者结合解析模型与随机扩散-对流-反应模拟，比较了无限样品体积...
检测患者样本中低浓度生物标志物是现代医疗的重要基础。传统生物传感器通常依赖大量分子与传感界面相互作用产生的集合平均信号，难以分辨单个分子事件。本文报道一种基于DNA折纸（DNA origami）的单分子生物传感平台：在具有中央空腔的二维DNA折纸载体中，通过杂交固定靶标特异性DNA适配体，并结合玻璃纳米孔离子电流读出，实现单个生物标...
纳米孔传感器通过测量分析物分子穿越纳米孔时引起的离子电流变化实现检测。用于复杂样品低浓度定量时，主要挑战是分析物到达纳米孔的时间过长，以及非特异分子穿越孔道产生干扰信号。本文报道一种纳米孔阻塞传感器，利用抗体修饰的磁性纳米颗粒（(anti-PSA)-MNPs）从样品中捕获目标分析物，并在可控电磁铁作用下将其递送至抗体修饰的纳米孔阵列...