可穿戴生物传感器有望通过连续生化监测实现主动精准医疗，但临床转化仍受高性能硬件可及性限制。实际体表运行要求严格小型化、多路复用、多方法传感、离子导入和超低功耗无线运行，这些挑战迫使许多研究停留在体外或依赖定制硬件。以往系统很少同时满足上述需求，导致设计难以复用。本文提出 Biocoin，首个完全开源、开放硬件的可穿戴生物传感平台，在...
基因编码荧光蛋白（FP）生物传感器通过在活细胞中以高时空分辨率实时监测分子活动，彻底改变了细胞生物学研究。多路复用生物传感进一步拓展了这一能力，使多个信号通路可被同时追踪，从而揭示网络相互作用与动态协调。然而，荧光蛋白光谱重叠限制了其更广泛应用。为应对该挑战，研究者发展了多种创新策略：通过扩展FP谱系和新型传感器设计实现光谱分离；利...
土壤微生物组表征通常依赖下一代测序（NGS），如宏条形码和宏组学。这些方法虽推动了微生物学研究，但耗时长、成本高、依赖专业设备和计算资源，且只能在受控实验室条件下进行，难以用于现场快速监测。生物传感技术可弥补上述不足，并与NGS互补。生物传感已广泛用于生物医学和生态毒理领域，具有快速、低成本、便携和可现场部署等优势。对土壤微生物组而...
理解信号网络如何调控对阐明细胞和生物体响应内外刺激及开发疾病治疗策略至关重要。为此，需要在扰动条件下测量网络中各节点的活性。本文介绍一种生物传感器条形码技术，利用遗传编码荧光生物传感器在活细胞中大规模多路复用追踪多种信号活性。该方法将表达不同生物传感器的细胞用由蓝色或红色荧光蛋白组成的条形码标记，这些条形码蛋白被定位到不同亚细胞位置...
基因编码荧光生物传感器使活细胞中细胞信号与代谢过程的高时空分辨测量成为可能，已深刻改变相关研究。本文综述了开发新型及增强现有生物传感器的不同策略，重点讨论传感单元与报告单元的设计和优化。作者总结了用于获得结构信息以指导传感器设计的晶体学、小角X射线散射、核磁共振及计算模拟方法，并介绍了基于细菌菌落、细菌裂解液、哺乳动物细胞、微流控和...
多路复用是提高生物传感器准确性和决策能力的重要策略。脂质体可封装多种标记分子，提供内在信号放大并支持多种检测格式。作者开发了一种基于电化学（EC）脂质体的平台技术，用于同时检测至少三种分析物，并通过优化封装物、探针在脂质体和捕获珠上的分布、检测设置及脂质体间干扰，确保特异且敏感的检测性能。以甲型流感、乙型流感和SARS-CoV-2核...
未来医疗诊断需要可在护理点使用的便携式生物传感器，以降低费用、提高可及性并提升质量，即所谓‘三重目标’。场效应晶体管（FET）生物传感器具有超高灵敏度、无标记且无需放大、成本低、结构简单、便携以及大规模多路复用等优势，并可集成到可穿戴或植入式器件中，对体内分析物进行连续实时监测，从而支持疾病生物标志物的早期发现与诊疗管理。本综述系统...
与传统临床诊断方法相比，基于场效应晶体管（FET）的生物传感器具有响应快、易于微型化和集成、适合高通量筛选等优势，在生物标志物检测平台中展现出巨大技术潜力。本综述主要总结FET生物传感器的最新进展。首先概述面向高灵敏检测的生物传感器设计策略，包括器件结构、功能化方法和所用半导体材料。在此基础上，综述重点讨论以下方面：基于单一生物传感...
在同一个活细胞中同时成像两种或多种荧光生物传感器，可揭示蛋白质活性在时空上的协调关系。然而，同时使用多个 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器存在毒性较高且需要光谱正交荧光团等困难。本研究构建了一种可特异性结合三种不同蛋白激活构象的生物传感器组分，从而用更少荧光团实现多路复用 FRET 并降低毒性。作者通过组合下游效应...
磁阻（MR）生物传感器具有体积小、成本低、灵敏度高且易于阵列化实现多路检测等优点，磁性纳米颗粒（MNPs）是其理想识别标签。然而，MNPs易聚集、稳定性差，且表面生物功能化常会削弱其磁响应。本文报道了一种MR生物传感器：将商用氧化铁MNP聚集体表面包覆金纳米颗粒（AuNPs），形成核心@卫星磁性颗粒（CSMPs），并利用光化学固定技...
当前全球食源性疾病暴发事件增多，食品在生产、加工、储存和运输过程中可能被微生物及其毒素等有害物污染，严重威胁人类健康。传统细胞培养与菌落计数方法耗时长、劳动密集且依赖昂贵仪器或中心实验室，难以满足快速现场检测需求。过去十年，研究者致力于开发快速、灵敏、易用的食品安全检测平台。本文综述了巨磁阻（GMR）生物传感器这一有望改变现有食品监...
微流控技术与电化学分析的结合发展出单片微型化检测系统，可精确控制样品体积，并以低成本、短时间实现多分析物检测。微流控电化学传感器件（MESDs）有望作为疾病分子标志物检测与监测的精准传感系统，具有样品前处理与检测自动化、样品和试剂用量低、单次运行多分析物检测、单器件多路复用以及便携、易操作和可一次性使用等优势。无标记MESDs可提供...
个性化抗感染治疗要求抗生素浓度始终处于最佳治疗窗内，以最大化疗效、减少副作用并避免剂量不足诱导耐药。然而，个体化方案需要频繁采样以调整血药浓度。为将治疗药物监测（TDM）更好地融入临床流程，抗生素浓度既可通过即时检测（POCT）在血液中测定，也可依赖无创采样。本文报道了一种基于微流控芯片的通用生物传感器平台，采用无抗体、高灵敏度的β...
遗传编码荧光生物传感器可实时监测活细胞内的生化活动，但其多路复用能力受荧光蛋白发射光谱重叠和可用光谱空间限制。本文开发了一套遗传条形码蛋白，利用不同颜色荧光蛋白与不同亚细胞定位的组合，可生成超过100个条形码，并与常用生物传感器光谱可分离。将表达不同荧光生物传感器的条形码细胞混合后，通过共聚焦光谱成像同时采集条形码与生物传感器信号，...
多路复用可在单步中定量多种分析物，相比单项检测具有处理时间短、样本量低和单次成本更低的优势。目前流式细胞术是生物医学多路复用的金标准，但需要技术培训、大量数据处理以及高昂的运行和购置成本。为解决该问题，作者设计了数字条形码颗粒和微流控架构，用于多分析物定量。本文模拟并建模了基于条形码聚合物微颗粒的非荧光微流控阻抗检测，采用单一激励与...
本文报道了一种用于非侵入、连续监测人体生物化学指标的可穿戴多路复用生物传感器系统。该系统由柔性传感器阵列、信号调理、处理和无线传输模块组成，可同时测量葡萄糖、乳酸、pH和皮肤温度。系统包含三个独立电化学池，采用四个恒电位仪和三个多路复用器，对十二个工作电极进行多路复用与并行读取；冗余工作电极通过对计时电流响应取平均提高测量准确性。连...
多模干涉（MMI）波导可用于产生波长依赖的斑点图案，使单个光流片能够同时检测多种分析物，适用于疾病诊断。光流片系统需要在尽可能少荧光标记分子下检测DNA、蛋白质或病毒，并支持多目标同时检测。此类多斑点图案的保真度对高灵敏度和准确目标识别非常重要。为提高环境稳定性，本文在SiO2基波导中引入埋入肋结构。通过实验与仿真，本文探索了基于反...
基因编码荧光生物传感器使活细胞内信号转导活动的实时追踪成为可能，但传统单色传感器易受探针浓度和成像条件影响，而双通道FRET比率传感器又限制多路复用。为此，作者开发了基于同色FRET（homo-FRET）的新型荧光生物传感器FLAREs，将单色传感器的通道优势与定量比率读出相结合。FLAREs由两个同色荧光蛋白夹持一个分子开关构成，...
工程细胞疗法是一种有前景的新兴生物医学技术。广泛采用该策略需要新方法实现复杂功能程序，例如以定义方式感知并响应环境。为此，我们研究了自包含受体与信号转导系统（MESA）能否被多路复用，以评估胞外线索，并阐明此类工程组件整合的原则。我们首先开发了一组可由两个转录因子激活的 AND 门混合启动子，随后将其与两个 MESA 受体及不同配体...
本文提出并仿真演示了一种概念性‘光子晶体中实验室’生物传感器，用于增强疾病诊断。该器件由具有光子带隙的多模波导与两侧表面模式耦合构成，并封装在带微流控通道的玻璃载片中。其透射光谱包含多个共振峰，可随不同疾病标志物在左表面、右表面及中心波导位点的结合，产生独特的频率移动和峰透射率非单调变化。基于表面模式与波导模式之间的强/弱耦合切换，...