生物传感器的生物相容性可通过在固体表面接枝聚合物刷实现。这些刷必须能够吸引特定分析物或排斥非目标物。弱聚电解质聚合物刷可随外部刺激收缩或溶胀。本研究采用原子力显微镜（AFM）谱学模式，表征聚丙烯酸（PAA）和聚环氧乙烷（PEO）聚合物刷随 pH 和离子强度变化的构象。与传统用于测量刷机械行为的胶体探针不同，本研究采用常规锐尖，以提高...
本文报道了一种基于纳米技术的酶功能化云母表面研究方法。作者利用原子力显微镜（AFM）测定固定化在云母芯片表面的含血红素细胞色素P450 CYP102A1（CYP102A1）单分子的催化活性。在液相近天然条件下，采用曲率半径10–20 nm的AFM悬臂探针测量单个酶分子的高度波动。研究发现，在催化过程中，单个酶分子高度波动的平均幅度比...
近期临床细胞外囊泡（EVs）研究凸显其作为多种疾病生物标志物和治疗载体的潜力。本研究对人微血管内皮细胞（HMEC-1）暴露于苯并[a]芘（B[a]P，一种存在于食物和烟雾中的多环芳烃）后分泌的 10k EVs 进行系统表征。由于 EVs 表面和货物蛋白众多，表型分析具有挑战性。作者提出一种微阵列格式的多路复用生物传感器，采用表面等离...
甘油是传热流体的功能组分，常用于生物反应器和多种生物传感器装置；已有报道表明流动甘油可产生显著摩擦电效应。本文采用原子力显微镜（AFM）研究接地屏蔽盘管式换热器中停止的甘油流动对辣根过氧化物酶（HRP）在云母表面吸附的长期效应。实验将 HRP 溶液置于甘油流动停止后的圆柱盘管侧面附近孵育，再使 HRP 从该溶液吸附至云母基底。与对照...
金纳米颗粒（AuNPs）的基因毒性存在争议：一种观点认为其通过直接损伤 DNA 起作用，另一种观点认为其通过活性氧（ROS）介导氧化损伤。该争议限制了 AuNPs 在生物医学中的广泛应用。为澄清该问题，本研究采用四维原子力显微镜（4D AFM）在无 ROS 条件下体外考察 AuNPs 对 DNA 的直接损伤能力，并进一步检验粒径与表...
本研究对用于生物传感器的加工石墨烯芯片质量进行了评估，采用原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱和低频噪声测量等方法，对由热分解法在 4H-SiC 衬底上生长并经光刻图形化的石墨烯芯片进行表征。结果表明，光刻过程中光刻胶与石墨烯相互作用会在石墨烯表面形成局部光刻胶残留（LRR），导致同一膜上不同芯片的电阻分散达 1–10 kΩ，AFM 均...
本研究旨在考察由金属锥旋转摩擦电效应诱发的电磁场是否影响辣根过氧化物酶（HRP）的性质。研究采用原子力显微镜（AFM）检测单酶分子层面的细微结构变化，同时以分光光度法宏观评估溶液中HRP的酶活。将HRP水溶液置于距旋转锥2 cm处孵育，并设置不同孵育时间；对照实验使用静止锥。结果显示，HRP溶液孵育导致酶发生解聚；在更长孵育时间下，...
本研究考察了十二面体结构对辣根过氧化物酶（HRP）糖蛋白在云母基底上吸附行为的影响。实验将含 10^-7 M HRP 的 2 mM PBSD（pH 7.4）水溶液置于距金属化电木十二面体 0.03 m、2 m、5 m 处孵育，并以 20 m 为对照。孵育 40 min 后，将云母基底浸入相应溶液中进行直接吸附，再用原子力显微镜（AF...
癌细胞分泌的细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）表面覆盖透明质酸（Hyaluronan, HA），其片段长度与肿瘤恶性进展相关。本文利用单分子力谱（Single-Molecule Force Spectroscopy, SMFS）解析单个癌细胞来源 EV 表面 HA 的轮廓长度，揭示存在低分子量 HA...
本研究测试并优化了用于捕获尿外泌体（uEVs）的硅表面功能化流程，考察硅烷类型（APTES 或 GOPS）和蛋白浓度对 uEVs 结合效率的影响。以人乳粘蛋白（LACT）作为识别元件捕获 uEVs。采用椭偏仪、原子力显微镜和飞行时间二次离子质谱对每一步功能化后的生物传感器表面进行表征。uEVs 经低真空过滤法纯化并超速离心浓缩，利用...
本研究考察了金字塔结构对缓冲溶液中蛋白质理化性质的影响。所用金字塔结构类似工业消声室中使用的结构，也可作为生物传感器元件。作者以辣根过氧化物酶（HRP）为模型蛋白，将其从溶液中吸附到原子级光滑云母基底上，并用原子力显微镜（AFM）成像；同时采用常规分光光度法测定HRP酶活，并利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）判断蛋...
脱氧核糖核酸（DNA）电化学生物传感器是将固定化DNA作为分子识别元件整合到电极表面的装置，可原位探测氧化性DNA损伤。由于能够原位、实时确定药物及其降解产物、氧化还原反应产物和代谢物与DNA的相互作用机制，并实现高灵敏度、短分析时间和低成本的药物定量电分析，DNA电化学生物传感器在药理学中具有广泛应用前景。本综述介绍了基于DNA直...
智能纳米器件的自下而上设计在很大程度上取决于能否用预测方法准确功能化设计每个固有纳米组分。本文报道了一种理性设计的自组装纳米芯片，可通过预选结合位点捕获目标蛋白。传感元件为计算进化肽，靶向 β2-微球蛋白（β2m）表面任意选择的结合位点；β2m 是缺乏明确口袋的球形蛋白。纳米图案表面通过基于原子力显微镜（AFM）的针尖力驱动纳米光刻...
基于原子力显微镜（AFM）的分子捕捞法是一种检测低丰度蛋白的有前景方法，其原理是将目标蛋白从待测溶液中捕获到固体基底表面，再用 AFM 对捕获的蛋白分子进行计数。蛋白在基底表面的吸附是决定捕获效率的关键因素。本文以辣根过氧化物酶（HRP）为模型蛋白，采用 AFM、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和常规分光光度法，研究...
理解探针功能化磁性纳米颗粒（MNPs）与 DNA 靶标或其扩增产物之间的结合机制，是优化用于 DNA 检测的磁性生物传感器的关键。本研究考察 DNA 功能化 MNPs 与滚环扩增产物（DNA-coils）杂交形成 DNA-MNP 杂交结构的分子相互作用。作者采用液相原子力显微镜（AFM）对杂交结构进行形貌表征，并利用磁性生物传感器测...
本研究测定了一种新型光纤布拉格光栅（FBG）光电微压头用于关节软骨生物力学测试的灵敏度与检测限，并将其结果与压痕型原子力显微镜（IT-AFM）及组织学染色进行比较。以牛关节软骨为样品，体外用不同浓度胶原酶（5、50、100和500 µg/mL）消化5分钟，模拟早期骨关节炎（OA）中细胞外基质的轻度退化。偏振光下Picrosirius...
增强分子相互作用对于提高蛋白质在 TiO2 表面的固定化与稳定性至关重要。本研究以不同孔几何结构的介孔 TiO2 材料为基底，用苯基磷酸（PPA）进行表面修饰，再经热处理获得化学非均相 C−TiO2 样品，在不改变其几何形貌和晶体结构的前提下保留碳与 TiO2 的双重优势。利用原子力显微镜（AFM）从总粘附力中分解得到蛋白质与表面之...
视觉假体通过电刺激存活视觉细胞为盲人提供人工视觉，但高分辨率视觉感知、长期生物相容性和安全性仍是现有视觉假体的主要挑战。本文提出一种利用活细胞作为集成电子器件和可植入微电极的新型视觉假体方法。作者将通道视紫红素2（ChR2）导入人胚胎肾细胞（HEK293），使其表达ChR2-增强型黄色荧光蛋白（EYFP）融合蛋白，构建光遗传工程细胞...
原子力显微镜（AFM）不仅是高分辨率成像技术，也是研究生物样品在缓冲液和37 °C等原生条件下生物力学性质的敏感工具。微机械换能器（悬臂梁）可用于绘制活细胞表面刚度分布、粘附力和粘弹性参数，也可连续监测心肌细胞收缩动力学，如搏动率和弛豫时间。本文描述了一种基于AFM的生物传感器装置，用于研究人多能干细胞来源心肌细胞团簇的生物力学性质...
将传感器分子（如抗体）连接至原子力显微镜（AFM）探针，可将其转化为生物传感器，用于在样品表面检测并定位单个靶分子（如抗原）。若将纯化靶分子固定于云母或氮化硅等超平基底，还可利用力谱研究分子间相互作用机制。采用6–10 nm聚乙二醇（PEG）柔性连接链连接探针与传感器分子，可显著提高结合位点快速成像和力谱研究的效率。本章系统介绍将多...