铁是生命必需元素，参与能量代谢、DNA代谢、线粒体功能与氧运输等关键过程；其稳态失衡可引发铁毒性、缺铁、氧化损伤和铁死亡。哺乳动物中，铁调节蛋白（IRP）通过结合mRNA非翻译区的铁响应元件（IRE）调控铁摄取、储存、输出和血红素合成相关转录本，是细胞铁稳态的核心传感器。然而，早期胚胎发育中IRP活性与细胞铁状态如何动态变化并影响细...
γ-secretase 在中枢神经系统中发挥关键作用。我们近期开发的遗传编码 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，已能在培养活神经元中逐细胞记录 γ-secretase 活性，但其在体内的调控机制仍不清楚。本研究采用近红外（NIR）C99 720-670 生物传感器和 NIR 共聚焦显微镜，在活体小鼠脑内定量记录单个...
本文开发了一种生物功能化溶液浸没硅（SIS）传感器，用于在单细胞水平识别梨火疫病病原菌 Erwinia amylovora。与传统方法相比，该方法无需核酸预放大或荧光标记即可实现超灵敏检测。研究选用参与 E. amylovora 外膜脂多糖（LPS）组装的 LptE 蛋白作为捕获分子，并通过自研 ELISA 证实 LptE 可经 L...
近期生物传感器研究有望实现大基因文库高通量筛选，但生理限制和机制知识不足会阻碍微生物系统高滴度，也影响生物传感器应用。本文表征了先前开发的基于转录因子 ExuR 的半乳糖醛酸生物传感器对其另一配体葡萄糖醛酸的响应。在受控理想条件下，该传感器对葡萄糖醛酸表现出理想响应；但在将其应用于不同 myo-肌醇加氧酶（MIOX）同源物时，响应出...
特定细胞代谢物浓度的定量可反映生理与病理状态下代谢通路的实际利用情况，也是代谢工程中筛选细胞工厂的重要读出指标。然而，目前尚缺乏可直接在单细胞水平实时评估胞内代谢物水平的方法。近年来，天然细菌 RNA 核糖开关的模块化结构启发了遗传编码合成 RNA 器件的设计，这类 RNA 生物传感器可将胞内代谢物浓度转化为定量荧光信号。其通常由代...
单活细胞内ATP的原位定量检测对理解生理与病理过程具有重要意义。由于ATP无电活性且含量低，常规电极难以用于单细胞分析。本文构建了一种基于两亲性适配体辅助碳纳米纤维纳米电极（aptCFNE）的电化学纳米生物传感器，具有高信噪比。纳米电极尖端直径约400 nm、电流低至60 pA，对活细胞无损伤。两亲性适配体生物相容性好，可稳定修饰于...
Nociceptin/Orphanin FQ（N/OFQ）是N/OFQ受体（NOP）的内源性阿片类激动剂，参与疼痛处理并参与免疫调节。多形核白细胞（PMN）表达N/OFQ前体mRNA，可能是循环N/OFQ的来源。目前N/OFQ测量主要依赖ELISA和放射免疫分析。本研究建立了一种用于检测单个PMN释放N/OFQ的生物测定法。将稳定转...
活细胞内蛋白的时空分辨检测是理解细胞生物学和开发诊疗技术的关键难题。本文报道了一种基于双纳米孔和亲和力可调肽探针的无标记生物传感器，可在单个活细胞内可逆、实时监测蛋白丰度及其浓度变化。作者通过筛选不同亲和力的肽探针，发现修饰中等亲和力肽探针2的双纳米孔传感器能够可逆、灵敏地检测蛋白激酶A（PKA）催化亚基，检出限为0.04 nM。双...
8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶对维持基因组稳定性至关重要，其活性异常可扰乱DNA损伤修复并增加致癌致畸风险。本文构建基于CRISPR-Cas的荧光生物传感器，用于快速灵敏检测8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶。该传感器采用发夹探针，将二次链置换扩增（SDA）与CRISPR/Cas12a效应器结合，40 min内等温完成。酶存在时，PNK辅助...
多巴胺参与多种生理与病理过程，动态监测单个活细胞胞质中多巴胺水平不仅反映多巴胺合成因子的功能状态，也关联神经退行性疾病进程。由于胞质多巴胺含量低，且操作过程中难以维持细胞存活，胞质多巴胺检测仍具挑战。本文报道了一种固相微萃取（SPME）集成纳米生物传感器，用于追踪并定量单个活细胞胞质中多巴胺浓度的波动。作者设计了一种聚吡咯（PPy）...
本文提出一种基于闭合双极电极（closed bipolar electrode, BPE）的超灵敏电化学发光（ECL）生物传感器，用于检测碱性磷酸酶（ALP）。针对多数BPE-ECL体系灵敏度不足的问题，作者将酶催化信号放大策略引入BPE-ECL系统：ALP催化底物对氨基苯基磷酸盐（p-APP）水解生成对氨基酚（p-AP），p-AP...
乳酸（LA）在肿瘤代谢及多种癌症恶性进展中发挥重要作用。本文报道了一种一步法、免清洗的微流控微滴生物传感器方法，用于高灵敏检测单个肿瘤细胞分泌的乳酸。该方法将乳酸脱氢酶（LDH）辅助的乳酸化学转化反应集成于体积约4.2 nL的水包油微滴中，使乳酸在LDH催化下氧化为丙酮酸，同时烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）被还原为具有内源荧光的NA...
循环二核苷酸（CDNs）是存在于三大生命域中的第二信使，在真核生物中参与先天免疫防御，并在自身免疫疾病中发挥病理作用。尽管其生物学功能广泛，现有CDN检测方法仍有限。本研究基于小鼠STING的CDN结合域进行结构导向设计，构建了一种基于Förster共振能量转移（FRET）的荧光生物传感器BioSTING。重组BioSTING可实时...
抗生素耐药病原菌的迅速增加已成为全球性威胁，除研发新药外，还需要快速、廉价、可规模化且准确的诊断方法。基于电化学、机械或质量换能的全菌无标记生物传感器已尝试满足这些需求，但选择性与灵敏度之间的权衡仍是关键挑战。面向临床即时诊断，需要高特异性探针、灵敏准确的换能器，并具备微型化、多路复用、易操作和低成本等特点。本文报道了石墨烯场效应晶...
本文报道一种用于研究单细胞生物物理特性的新型微流控生物传感器。芯片包含四条并行传感通道，每条通道由两个收缩区和一个松弛区组成，所有通道共享一对电极以记录电阻抗。通过测量不同频率下单细胞阻抗幅值和相位，并结合阻抗幅值变化对应的时间点，可获得细胞依次通过两个收缩区时的变形与过渡时间信息。收缩区之间的松弛区可提供额外时间戳，提高单细胞区分...
针对传统指数扩增反应（EXPAR）因 SYBR Green I 对引物、模板及副产物非特异结合而导致背景高、信噪比差的问题，本文提出一种改进的 EXPAR 策略，构建无标记、一锅法荧光生物传感器，用于超灵敏检测多聚核苷酸激酶（PNK）活性。该体系以含 3'-磷酸末端的 T&P 寡核苷酸为底物，其兼具 EXPAR 引物与模板功能；T4...
离子通道是允许离子跨膜转运的孔道形成膜蛋白，对生命活动至关重要。单细胞水平分析离子通道特性有助于研究细胞异质性在疾病进展和细胞信号中的作用。本研究构建基于光裂解和熵驱动反应的电化学生物传感器，用于超灵敏检测HEK293细胞上hERG钾通道活性。抗体-DNA1偶联物通过抗体-抗原反应结合细胞膜hERG通道；光裂解释放DNA1后，触发E...
人类端粒酶负责维持染色体末端结构，是恶性肿瘤的重要生物标志物，但单细胞水平准确测定端粒酶活性仍具挑战。本文开发了一种基于量子点（QD）的电化学生物传感器，用于单细胞水平端粒酶活性的剥离伏安检测。设计巯基修饰捕获DNA，通过金-硫键固定于金电极。端粒酶存在时，在生物素标记dATP辅助下，将端粒重复序列(TTAGGG)n添加到引物3'端...
表面增强拉曼散射（SERS）生物传感器近年来被越来越多地用于癌症检测与诊断，SERS 成像具有优异灵敏度，并相比荧光检测具有优势。本研究开发了一种新型生物传感器，用于检测癌症生物标志物上皮细胞黏附分子（EpCAM），并在单细胞水平定量其表达。EpCAM 是多种癌细胞表面最常见表达的标志物之一；其表达水平降低可能与上皮间质转化（EMT...
纳米复合材料为电化学生物传感器提供了宽导电性、灵敏度、选择性和线性响应，但单细胞水平稀有细胞检测需要具有超高灵敏度和特异性的新型纳米复合电极。作者此前发展了金纳米颗粒接枝功能化石墨烯与纳米结构聚苯胺（PANI）的高性能生物传感结构；本工作以低成本银纳米颗粒（AgNPs）替代金纳米颗粒，并优化纳米复合合成与电极功能化方案，实现了乳腺癌...