公共游泳池（PSP）水中的总有机碳（TOC）需在线监测以保障公共卫生。针对传统微生物燃料电池生物传感器（MFC-biosensor）开环预测稳定性差、难以捕捉污染物瞬态变化的不足，本文基于实验数据、动力学模型辨识、控制论以及数字与实时仿真，设计了一种具有闭环结构的创新 MFC 生物传感器控制系统，用于 PSP 水 TOC 动态特性的...
工程细胞、组织和器官有望改变损伤与疾病的治疗方式，但其商业化受限于制造过程复杂、成本高以及过程变异对产品质量的影响。若缺乏实时、集成的检测手段，制造过程中的微小变化如何影响最终产品往往难以判断。实时、非破坏性传感器技术对于获得过程洞察、确保商业放大或扩展过程中产品一致性至关重要。将测量技术引入制造流程，既要求细胞与组织开发者理解如何...
为提高生物制药过程的生产率、一致性和产品质量，开发用于在线或在线监测关键生物过程参数的新型传感器具有重要意义。作者此前开发了一种可用于一次性、在线和长期葡萄糖监测的葡萄糖生物传感器，并将其集成到自动化葡萄糖监测与补料系统中，即使在极低浓度下也能维持稳定葡萄糖水平。该研究将这一反馈式补料系统在低（<1 mM）和高（40 mM）葡萄糖水...
细胞农业培养肉作为未来食品生产方式具有巨大潜力，理论上可保持传统肉类的风味与营养，同时减少抗生素、激素使用并降低环境负担。然而，培养肉规模化生产仍面临成本、工艺放大、食品安全监测、监管合规和消费者接受等挑战。本文综述培养肉生物过程中关键参数的传感器监测方案，包括温度、pH、溶解氧、CO2、生物量、营养物与代谢物等，并讨论不同传感器向...
发酵过程的在线监测与控制仍是实验室和工业规模实验的关键挑战。现有发酵在线监测主要限于pH、温度、溶解氧和尾气分析，葡萄糖等关键底物通常依赖耗时的离线色谱分析。本文首次系统研究了一种商用流通池式第一代电化学葡萄糖生物传感器平台在酵母补料分批发酵中的在线与在线旁应用。该平台由集成葡萄糖氧化酶（GOx）水凝胶酶膜的B.LV5芯片、SIX恒...
水质评估对实施预防与应急干预、限制环境污染物扩散和人体暴露至关重要。传统高分辨率分析技术虽可定量、定性检测污染物，但成本高、耗时长且依赖专业人员，难以用于现场快速筛查。本文报道一种便携式自供电微生物电化学传感器，用于在线监测六价铬（Cr(VI)）。该传感器采用仿生氧化还原介导系统，促进来自铬污染环境的 Pseudomonas ver...
本研究建立了 UASB-MFC 双传感器系统并用于处理啤酒废水。系统 COD 去除率约 90%，出水 NH4+-N 低于 15 mg/L，MFC 电压范围 0.34–0.42 V。作为耦合系统的生物传感器，MFC 可同时在线监测 COD 和总挥发性脂肪酸（TVFA）。双传感器间的电位分布可原位加速微生物在阳极上的再附着，使恢复时间缩...
本文综述了基于微生物燃料电池（MFC）的生物传感器用于废水水质快速、实时在线监测的最新进展。MFC 生物传感器利用电活性微生物作为生物识别元件，通过阳极氧化有机物产生电子和质子，经外电路和质子交换膜形成电流，从而将水质参数转化为电信号。其结构简单、紧凑、可一次性使用且成本较低，无需额外信号换能器或外部电源，适合长期和远程监测。文章重...
在多数微生物培养中，D-葡萄糖是主要碳源和能源，但小规模培养中葡萄糖定量仍具挑战。为此，作者开发了一种基于FRET的葡萄糖生物传感器，可用于微反应器培养。该传感器由葡萄糖结合蛋白MglB夹在两个荧光蛋白之间构成FRET对：青色荧光蛋白mTurquoise2作为供体，黄色荧光蛋白Venus作为受体。D-葡萄糖结合后，MglB发生构象变...
本文报道了一种简单、低成本、快速且有效的生化需氧量（BOD）估算系统。该系统基于填充床生物反应器，可在特定污水处理厂现场自行搭建，用于连续监测进水与出水。作者将目标废水中收集到的天然微生物群落通过简单吸附固定化在廉价多孔载体上，获得了超过95%的可接受准确度。新开发的半连续操作模式可产生峰型信号，使系统在高流速下连续估算BOD，从而...
本研究开发了一种新型多阴极、单阳极沉积物微生物燃料电池（SMFC）生物传感器，用于原位、连续、在线监测湖水不同深度的溶解氧（DO）浓度。该传感器以埋入沉积物的石墨毡阳极为电子收集端，以浸入不同深度水层的多个石墨毡阴极为氧还原端，通过外电路电压反馈对应深度的 DO 水平。在 1000 Ω 外阻下，0–9 mg L−1 范围内电压与 D...
针对单一传感器准确度和信息不足的问题，本研究将两个生物阴极单室微生物燃料电池（MFC）与上流式厌氧污泥床（UASB）反应器集成，构建UASB-MFC双传感器系统，用于UASB运行性能在线监测。利用厌氧微生物生物吸附特性，悬浮层MFC对出水化学需氧量（COD）变化响应更灵敏，适合COD实时监测；污泥层MFC对总挥发性脂肪酸（TVFA）...
生物处理在制药、生物燃料和食品工业中至关重要。将生物过程小型化为微生物反应器可实现实验多重化，并减少试剂消耗和人工。微反应器研究中的关键部分是产物、副产物和底物浓度的生化分析，目前仍高度依赖大型分析设备。生物传感器是有前景的分析工具，但集成到微反应器中面临无菌性、合适传感范围、基质效应控制和稳定性等挑战。本文提出一种新型生物传感器集...
氨的在线监测对维持厌氧消化（AD）稳定运行至关重要，因为蛋白降解产生的氨会抑制消化过程。本文提出一种集成电化学-生物过程作为氨监测的替代方法：将AD流出物泵入完整硝化反应器，使氨在硝化细菌作用下氧化为硝酸盐；随后将富硝酸盐流出液引入电解池（EC）阴极，在外部电压下发生硝酸盐还原反应，通过记录回路电流实现氨浓度检测。该传感器首先用合成...
荷兰用于饮用水生产的地表水常以水蚤或贻贝等全生物监测生物监测仪进行在线监测，但这些生物监测仪无法检出所有与人类健康相关的毒性化合物。为此，作者开发了一种基于固定化基因改造发光细菌的在线水毒性生物传感器。该传感器采用惰性材料构建，配备温度控制、营养液供给和易清洁结构，将大肠杆菌 DPD2794 包埋于溶胶-凝胶中，并固定在玻璃载玻片或...
在非质量响应压电生物传感器中，生物信息来源于串联检测电极与生物体或生物培养物理场之间的相互作用，因此电极的电学参数会直接影响传感器信号。本研究利用 COMSOL Multiphysics 多物理场分析工具对微电极的电场分布进行模拟，结果表明电场空间分布受电极指宽和电极间距影响。作者进一步测试了与环形微电极串联构建的压电传感器的特征响...
微生物燃料电池（MFC）技术的进展凸显了这些装置作为生物传感器的潜力。MFC生物传感器具有表型检测优势，可工作在批量检测或流动式格式中，因而适合实验室连续在线监测和现场应用。其选择性主要取决于阳极室中所用微生物，以及人工阳极表面与细菌之间发生的电子转移（ET）过程；该过程强烈决定传感系统的内阻，并进而影响信号输出和响应时间。尽管MF...
本研究构建了一种将微生物燃料电池（MFC）生物传感器与上流式厌氧污泥床（UASB）反应器集成的混合系统，用于实时在线监测 UASB 反应器内部运行状态。该系统在恒定运行条件下表现出快速、稳定的特点，能够以电压变化反映反应器内有机物代谢状态。研究通过改变进水化学需氧量（COD）浓度，考察电压信号随时间变化的反馈机制，并比较电压与 pH...
挥发性脂肪酸（VFA）浓度是控制和优化厌氧消化（AD）过程的重要指标。本研究基于微生物脱盐电池（MDC）原理开发了一种新型 VFA 生物传感器。该传感器由阳极室、中间室和阴极室组成，含 VFA 的样品加入中间室，离子化 VFA 经阴离子交换膜进入阳极室，被外电活性菌氧化并产生电流。首先利用合成消化液评估电流密度与 VFA 浓度的关系...
在线监测大肠杆菌培养中重组蛋白聚集体包涵体的形成是过程工程的重要挑战。散射光与反射光测量可提供非侵入、通用的检测手段。本研究评估了两种在线方法：一是在摇瓶培养中使用传感器平台进行180°散射光测量（λ=625 nm）；二是利用多孔硅光子阵列（SiPA）光学生物传感器在线测量反射干涉谱。结果表明，180°散射光能够监测与包涵体形成相关...