本文提出一种由硅（Si）微孔与石墨烯纳米孔技术组合构成的生物传感器结构，有望用于检测DNA等单分子生物聚合物。作者报道了一种利用聚焦离子束（FIB）直接制备Si3N4/Si锥形微孔和石墨烯纳米孔的新方法，其中锥形微孔作为流体通道，石墨烯纳米孔作为传感膜。首先将厚硅衬底减薄至约50 µm，再通过多步铣削获得最终孔径约3 µm的锥形微孔...
水污染已成为影响人类与环境健康的全球性问题，经过处理的水中仍可能检出种类复杂、浓度极低的污染物。为满足水资源管理对连续、高效监测的需求，生物传感器可将生物识别元件与换能器结合，实现对目标分子的高选择性、快速和灵敏检测。本文是一篇关于用于水质监测的DNA基纳米生物传感器的微型综述，重点介绍DNA作为识别元件和纳米结构构建模块的优势，包...
本文报道了一种新型人工受体——七聚-[6-脱氧-6-(2-羟基-3-三甲基铵丙基)氨基]-β-环麦芽七糖，其功能类似于线粒体ADP/ATP载体蛋白。该受体被合成并装载于工程化α-溶血素(M113R)7纳米孔中，形成用于检测生物能量分子及其转化的单分子生物传感器。该策略显著提高了选择性和信噪比，使ATP、ADP和AMP能够通过实时单分...
在双链DNA上添加dCas9条码以识别特征短序列，为快速、高特异性分析DNA样本提供了全基因组测序之外的替代方案。固态纳米孔传感器尤其适合此类单分子传感，因为能够解析DNA分子离子电流特征中的模式。本文系统展示了利用高特异性dCas9探针在DNA上构建独特条码，并通过纳米孔传感器读出。单个dCas9探针可靶向长度达48 kbp的DN...
光学生物传感器被定义为利用生物识别分子对样品中目标物进行光学探测的便携式光学器件。随着微型光学元件和分子工程的发展，其能力迅速扩展。面向健康诊断、环境监测和食品安全的生物传感器已实现商业化，更多产品正在研发中。本文综述了克服实用生物传感器设计障碍的创新方法，并展望光学生物传感器技术未来十年的潜在突破方向，涵盖侧流层析、纸基微流控、纳...
等离子体与纳米孔传感器已分别受到广泛关注，以实现单分子精度。等离子体“热点”在纳米尺度限制并增强光学激发，足以光学检测表面-分析物相互作用。纳米孔生物传感器主动引导并穿引分析物通过分子尺度孔道，以电学或光学方式探测。最近，固态等离子体与纳米孔结构被单片集成，解决各自基本挑战，并在单分子灵敏度、检测速率、驻留时间和可扩展性方面提供互补...
近十年来，唾液被视为可替代血清和血浆的无创诊断液体，但现有方法灵敏度不足，难以检测唾液中多种生物标志物的低浓度。本文报道了一种基于电解液门控有机薄膜晶体管（EGOTFT）的无标记生物传感器，用于在物理极限水平检测人唾液中的C反应蛋白（CRP）。CRP是炎症过程的关键生物标志物，常用于临床监测。该传感器以EGOTFT作为生物识别事件的...
临床对超灵敏分子分析的需求推动了多种具备单分子读出能力的终点检测技术发展。这些终点检测主要受限于分子识别元件对目标分析物的亲和力与特异性。相比之下，具有单分子读出的动力学检测可通过测量平衡状态下单个结合事件的持续时间，区分低丰度高亲和的特异结合与高丰度低亲和的非特异背景结合。本文报道了一种动力学检测方法，在样品孵育过程中实时检测并监...
固态纳米孔生物传感器具有成本低、通量高、可单分子检测生物分子且孔径可调等优势，但其向诊断工具转化受限于数据采集系统对快速DNA跨孔事件的检测灵敏度不足。为减缓DNA跨孔速度，常采用不同介质或改变实验参数；在实验离子溶液中施加KCl浓度梯度已被证明可延长驻留时间并提高DNA捕获率。作者前期工作表明，LiCl溶液可通过阳离子与DNA相互...
本文报道了由金纳米星（AuNS）尖端与金纳米球构成的异二聚体等离激元纳米间隙用于生物传感的研究。通过分别功能化两种纳米结构实现选择性结合：在光激发下，AuNS尖端注入的热电子触发与功能化纳米球之间的区域特异性化学连接。AuNS采用简单、一步、无表面活性剂、高收率湿化学法合成，其高长径比尖锐尖端可将强电磁场聚集于小曲率半径的超小区域，...
膜蛋白是生物膜的核心功能组分，在嗅觉、味觉等环境刺激识别中起关键作用，其对目标分子的高特异性显著优于传统人工传感器。本综述系统介绍利用膜蛋白功能构建生物传感器的最新进展，并将现有体系分为脂质双分子层平台和细胞平台。在脂质双分子层平台中，膜蛋白被嵌入磷脂双分子层，作为生物分子与传感器件之间的桥梁；其中生物纳米孔被广泛用作传感元件，通过...
在单离子水平研究金属离子与卟啉分子的相互作用仍具挑战。本文构建了一种基于α-溶血素（α-HL）纳米孔的无标记、实时传感方法，用于分析 Cu2+ 与 5,10,15,20-四(4-磺酸苯基)卟啉（TPPS）之间的相互作用。结果表明，Cu2+ 与 TPPS 形成的复合物在 α-HL 纳米孔中产生与游离 TPPS 明显不同的电子特征信号。...
本文报道了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的200 nm单珠端粒传感器，用于在溶液中检测单个未标记DNA分子。该传感器以负载Crimson 625染料的商用荧光聚苯乙烯微球为受体，以杂交固定在微球表面的Alexa 488标记G富集DNA为供体。在ZnTCPP存在下，G富集端粒序列折叠形成G-四链体，使供体与受体距离缩短并产生FR...
本文报道了基于α-溶血素（α-hemolysin, α-HL）纳米孔的转导检测器在宽pH（6–9，包括生理pH 7.4和PCR pH 8.4）及极端变性剂（最高5 M尿素）条件下的稳健运行。被捕获于标准α-HL纳米孔中的工程化转导分子在将普通纳米孔检测器转变为转导检测器的过程中起核心稳定作用，可在捕获期间抑制通道门控，使该纳米孔转导...
为加速药物发现中的先导化合物优化，作者提出一种基于纳米孔力谱（NFS）的电学传感方法，用于检测候选药物分子与靶蛋白之间的结合强度。该方法将药物样肽通过二硫键连接带负电的单链 DNA 片段，使其在偏置电压下电泳进入固态 SiO2 纳米孔；靶蛋白因尺寸较大被捕获在孔口，造成离子电流阻塞。继续升高电压时，孔内电场增强，当电驱动力超过结合能...
集成化化学与生物传感器在降低成本、减小体积和重量方面具有优势，并为并行监测与分析提供新途径。基于纳米机电系统（NEMS）的生物传感器因紧凑、高灵敏和可单分子检测而成为集成平台的重要候选，但静电、磁动、热或压电等驱动与换能方式通常限制其只能在实验室条件使用。全光学方案可克服上述问题，但现有结构往往宏观或过于复杂昂贵。本文提出一种极紧凑...
端粒酶在肺癌、乳腺癌等多种人类肿瘤中广泛表达，是重要的肿瘤标志物和治疗靶点。本文开发了一种基于单个量子点（QD）的端粒酶活性检测生物传感器。该传感器利用端粒酶以特异性引物为底物，在dGTP、dTTP和Cy5-dATP存在下将AGGGTT重复单位延伸至引物3′端，并将Cy5标记的dATP有序掺入延伸链。随后，Cy5标记引物与生物素化捕...
细胞外核酸如循环DNA和RNA广泛存在于血液、血浆和尿液等生理体液中，是癌症等疾病无创诊断和早期检测的重要生物标志物，但因其浓度低、样品体积大而难以检测。本文报道一种宽范围、超灵敏且高选择性的循环DNA检测生物传感器平台，可实现单分子水平检测。该传感器基于化学功能化的纳米孔类金刚石碳（DLC）涂层氧化铝（AAO）膜。几纳米厚但完整连...
纳米孔分析已成为最简单的单分子检测技术之一。本研究将 DNA 探针与 α-溶血素（α-HL）蛋白纳米孔电化学传感器相结合，用于快速、灵敏地检测致病性 DNA。所构建的新型纳米孔生物传感器无需标记，即可实现单碱基分辨和皮摩尔级 DNA 检测。作者设计了含 HBV 特异性杂交域和两端 25-mer poly(dA) 悬垂的 DNA 探针...
生物传感依赖于分子及其特异性相互作用的检测，因此开发具有极限检测限的换能器非常重要。微腔是光学领域实现无标记检测的候选技术，利用等离子共振可进一步提升灵敏度，有望达到单分子水平。本文介绍一种基于光学微腔的生物传感平台，具有单分子灵敏度，并能选择性识别特定结合事件。该平台利用玻璃微球中的回音壁模式（WGM）增强金纳米棒的等离子效应，用...