单癌细胞分析对准确诊断和预后至关重要。本文报道在互锁螺旋双极电极（iBPE）阵列上对单个黑色素瘤细胞进行选择性介电电泳（DEP）捕获与电化学分析。DEP捕获后，单个黑色素瘤细胞被流体动力转移至皮升级腔室进行后续分析。iBPE的互锁螺旋端（传感极）用于读出电化学酶联免疫吸附试验（eELISA），定量细胞表面抗原黑色素瘤细胞黏附标志物（...
人类持续暴露于多种毒物和化学物，洪水、地震、飓风等环境灾难会进一步加剧危险化学混合物对人和生物健康的威胁。为此需要快速决策工具，以减轻暴露对内分泌系统关键调节因子（如雌激素受体α，ERα）的不利影响。雌激素转录活性的机制阶段可在单细胞水平通过高内涵/高通量显微镜生物传感器检测，产生数百万个可挖掘的对象数据点。本研究结合计算建模与实验...
本综述总结无标记白细胞识别与功能表征方法及新型单细胞技术的现状。相比经典方法，无标记表征可避免细胞标记改变其行为，从而减少处理时间和试剂成本，支持即时诊断，并允许对检测细胞进行下游应用；同时可实时监测动力学过程，弥补传统结构表征的不足。综述重点为单细胞表征，尤其表面敏感技术。近期进展强调小细胞群体和单个细胞在健康与疾病中的重要性，单...
电学阻抗生物传感器与微流控器件结合，可在单细胞尺度对基础生物学过程进行高通量分析。这类专用分析工具能够以高灵敏度评估药物有效性与毒性，并在单细胞水平表征生物功能。由于可测量参数取决于单细胞捕获方法，相关技术发展最终决定传感器效率与性能。识别单细胞捕获技术的最新趋势，可为新结构设计和与其他技术组合带来机会，从而推动更先进应用，提高对目...
微流控装置结合荧光显微镜可高分辨、高内容地研究出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）单细胞形态、行为及复制衰老动态过程，但海量图像使复制寿命（RLS）判定费时费力。为克服该限制并实现无标记 RLS 检测，作者将电化学阻抗谱（EIS）引入微流控微电极，用于监测出芽酵母生长与分裂。本文提出一种集成 EIS 生物传感...
多能基质细胞（MSC）表现出显著的功能异质性，但其分子机制仍不清楚。本研究利用遗传编码生物传感器 PKA-Spark，在单细胞水平探索 MSC 对激活 Gs 蛋白/环磷酸腺苷（cAMP）/蛋白激酶 A（PKA）依赖信号通路的激素的响应。PKA-Spark 在 PKA 磷酸化后形成荧光聚集体，可用于活细胞实时成像。研究首次证明，约半数...
本研究评估了一种适用于动态发酵过程的质粒表达水平监测方法。该方法基于重组质粒编码的荧光生物传感器 eGFP，并结合单细胞分析，利用流式细胞术测量单细胞荧光强度。结果表明，基于单细胞分析的启动子评价比经典整体分析提供更有价值的信息。单细胞分析显示，胞内荧光强度随启动子强度增加而升高，直至达到阈值；超过阈值后，细胞通透性增加，荧光蛋白被...
在应激条件下，部分微生物会进入可逆的静止期，表现为不增殖或缓慢增殖，从而维持存活。这种适应现象近年才在利什曼原虫中被发现。本研究建立了一种体外模型和一种生物传感器，用于在群体和单细胞水平追踪利什曼原虫的静止状态。该生物传感器是将绿色荧光蛋白（GFP）报告基因整合到 18S 核糖体 DNA（rDNA）位点，通过监测 18S rRNA ...
近年来，液滴微流控系统被广泛用于多种生物化学与分子生物学检测。与传统生物分析方法相比，该平台能够处理大量数据，并可提供绝对定量准确性，因此过去十年间，许多基础生化与分子生物学操作已转移到液滴微流控形式。本综述介绍液滴微流控技术在生化与分子生物学研究中的最新进展和实例，涵盖基因组学、蛋白质组学和细胞组学，并全面讨论其在不同应用中的优势...
细胞穿透肽（CPPs）作为将报告分子和药物递送至完整细胞的方法受到广泛关注。尽管已有大量研究鉴定新的CPP序列，但其在单细胞水平的摄取效率仍知之甚少。本研究利用液滴微流控捕获阵列对单细胞完整细胞群体中的CPP摄取进行表征。该微流控器件可在787个顶部捕获微孔阵列中便捷、快速地分离并分析单细胞荧光，液滴捕获效率>99%。在HeLa细胞...
为研究悬浮细胞的快速信号转导，亟需能够灵活操控单细胞并同时产生可控化学刺激信号的微流控平台。本文开发了一种微流控生物传感器，用于监测胞内钙信号，并集成单细胞捕获、化学刺激与释放功能。通过气压控制可变形 PDMS 薄膜，实现单个细胞的选择性捕获与释放；基于柔性流体门控的高可控化学单细胞刺激，对胞内钙信号的激活进行了定性和定量研究。在同...
单细胞细胞因子分泌分析对于理解细胞功能异质性和开发新疗法至关重要。现有荧光和比色方法需要繁琐标记，影响细胞完整性并限制时间分辨率。本文提出一种无标记光流体纳米等离子体生物传感器，用于实时单细胞分析。该传感器将金纳米孔阵列与多功能微流控系统结合，利用小体积微腔和气动阀隔离单个细胞，并通过蛇形调节通道控制湿度，抑制 PDMS 蒸发造成的...
过去数十年，细胞、核酸分子和蛋白质的研究已从群体测量发展到单实体研究。单实体研究不仅可作为生物学研究工具，用于考察群体中单个实体的异质性，还可作为生物传感工具用于医学诊断，并通过检测单个目标达到极限灵敏度。尽管已报道多种单实体检测技术，本综述聚焦于利用微流控系统将单个目标物理限制在小反应体积中的方法。作者将这些技术分为液滴型、微腔型...
本文报道了一种用于单细胞质膜胆固醇检测的胆固醇氧化酶/Triton X-100停泊微电极。传统方法将胆固醇氧化酶固定于微电极表面，通过氧化局部胆固醇外排产生的过氧化氢进行电化学定量，但酶固定后周转率低、信号弱，且难以检测总膜胆固醇。作者将胆固醇氧化酶与1% Triton X-100的磷酸盐缓冲液填充于尖端直径约1 µm的毛细管中，利...
单细胞研究的关键挑战之一是开发快速且生物相容的单细胞分析工具。本文报道了一种在玻璃毛细管中对流驱动下进行的快速DNA纳米结构支撑适配体pull-down（DNaPull）检测，用于分析纳升级或皮升级液滴中的内容物。研究表明，支架化适配体可显著提高目标分子pull-down效率；对流传输使反应在5分钟内完成，较纯扩散的静止模型提高18...
细胞增殖是生物体发育与稳态的基本需求。哺乳动物细胞分裂周期受到严格调控，以确保基因组完整复制并精确分配至子代细胞。DNA复制起始标志着细胞进入分裂的不可逆承诺，数十年的分子与细胞研究围绕这一通常称为限制点的细胞决定展开。尽管长期以来已有从G1期进入S期或退出G1期进入静息（G0）的限制点概念框架，但近年来定量单细胞分析技术的进步提供...
本文报道了一种用于毛细管电泳（CE）检测人胃癌细胞（MGC80-3）中葡萄糖的新型微生物传感器。该传感器通过在钯纳米粒子（PdNPs）修饰的铂微盘电极（PtME）上固定单壁碳纳米管（SWNTs）–葡萄糖氧化酶（GOx）–戊二醛（GA）生物复合膜构建，其中牛血清白蛋白（BSA）与GA共同提供生物相容微环境并减少酶流失。葡萄糖在GOx催...
本文报道了一种用于单细胞分析的纳米级场效应晶体管（FET）生物传感器。该传感器在 spear 形双碳纳米电极尖端制备，双碳纳米电极由双管石英纳米移液管内碳沉积形成，两个可独立寻址的碳电极分别作为漏极和源极。通过电沉积聚吡咯（PPy）在电极尖端形成约 200 nm 的半导体/导电聚合物通道，构成纳米 FET。PPy 通道对 pH 变化...
本文报道一种多用途技术平台μSCALE（微毛细管单细胞分析与激光提取），可对酵母或细菌表达的数百万蛋白变体进行大规模并行、定量生化与生物物理测量。该平台将单细胞空间分隔于微毛细管阵列中，支持重复成像、细胞生长和蛋白表达。作者利用多种荧光检测，包括结合亲和力测量和动态酶学检测，对细胞及其蛋白产物进行高通量分析。精确的激光提取方法可从微...
生物体在进化过程中形成了多种用于胞内外检测小分子、离子或物理参数的传感系统。近期研究表明，这些原理可被用于构建合成调控回路，以服务于代谢工程策略。在这一背景下，转录因子（TF）在微生物转录水平调控生理过程，因而在生物传感器设计中发挥核心作用：它们可被整合到合成回路中，根据小分子产物或代谢物的积累状态调控基因表达。本文综述了基于转录因...