转录因子（TF）生物传感器天然存在于代谢通路中，用于维持细胞生长并对环境波动提供鲁棒响应。扩展代谢生物传感器，即生物转化通路与响应下游效应代谢物的 TF 级联，可提供超越天然效应物的传感能力，用于实现情境感知合成基因回路和生物观测器。然而，此类多步回路的工程化面临稳定性与鲁棒性挑战。为简化代谢通路中 TF 生物传感器的设计，本文研究...
2′-岩藻糖基乳糖（2′-FL）是人乳低聚糖中主要的岩藻糖基化成分，具有益生元、抗病原、抗炎和降低神经退行性疾病风险等健康益处。本研究开发了一种用于检测 2′-FL 的全细胞荧光生物传感器。通过组成型表达 α-L-岩藻糖苷酶，工程化大肠杆菌可将 2′-FL 催化裂解为 L-岩藻糖和乳糖；采用 lacZ 缺失但保留 lacY 的 E....
过去数十年，生物传感器技术被广泛用于疾病诊断以及水和食品中污染物的检测。随着机器人、物联网和医疗传感技术的发展，迫切需要低成本、可重复使用或可回收的柔性传感器。表面声波（SAW）柔性生物传感器因高可重复性、可靠性和无线可控性而成为最有前景的技术之一。本文首次报道了一种基于氮化铝（AlN）薄膜、制备在可回收聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）...
有机砷和无机砷均可能危害人体健康。尽管有机砷毒性通常低于无机砷，但其在环境中可通过化学和生物过程转化为无机砷，因此发展有机砷检测工具具有重要意义。基于砷响应遗传系统的生物传感器通常由识别砷的调控蛋白 ArsR 控制，因此可通过改造 ArsR 的选择性来改变生物传感器的目标选择性。本研究通过遗传工程改造 ArsR，将大肠杆菌（E. c...
近红外（NIR）诱导的反斯托克斯荧光在复杂样品生物检测中具有优势，但常用上转换纳米颗粒（UCNPs）荧光强度不足，难以满足高灵敏生物检测。本文构建基于 NIR 激发的磁-荧光细菌检测策略，采用高近红外转换效率的 CaS:Eu,Sm,Mn 和 SrS:Ce,Sm,Mn 双色荧光纳米颗粒，分别偶联细菌识别片段替考拉宁（TEC）和多粘菌素...
为寻找病原菌快速识别的替代方法，本研究采用氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）作为标记分子。首先测定两种纳米材料抑制β-半乳糖苷酶活性的最佳浓度，即纳米材料结合酶后抑制其催化邻硝基苯基-β-D-半乳糖苷（ONPG）水解。随后向体系中加入不同浓度大肠杆菌，比较两种纳米材料的检测能力。由于纳米材料尺寸小、反应活...
开发并制造了一种基于介导型电化学生物传感器、用于评估急性水毒性的水质预警仪器 Model ETOX18-01，具有低电流检测（0.1 nA）、精确恒温控制、自清洁和远程数据传输等特征。该仪器以集成微生物电极为核心，该电极由玻璃碳电极修饰由大肠杆菌、硫黄素、碳纳米点和壳聚糖组成的活性生物膜构成。为验证性能，使用 Model ETOX1...
细菌活细胞传感器是检测环境毒素的有力工具。本研究建立并验证了基于DNA甲基化记忆功能的大肠杆菌阿拉伯糖传感器系统的流式细胞术读出方法。流式细胞术操作便捷，可实现多参数分析，并提供单细胞异质性信息，有利于此类传感器系统的进一步发展。鉴于抗生素污染与多重耐药病原体的重要性，作者设计了一种四环素传感器系统：通过用编码四环素阻遏蛋白的tet...
代谢工程中动态通路控制的关键在于人工调控系统组分可调节。本文设计并构建了一种血红素响应调控系统，包含血红素生物传感器 HrtR 和 CRISPR 干扰（CRISPRi），用于在维持胞内血红素稳态的同时调控化学品合成。通过半理性设计和 HrtR 位点饱和突变，获得一系列具有不同灵敏度和阈值的工程化生物传感器；血红素滴定和分子动力学模拟...
带负电荷的脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）是多种革兰氏阴性菌外膜的主要内毒素成分，可作为间接检测这些病原体的有用生物标志物。例如，大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）可感染几乎所有年龄段人群，并与食品和饮用水污染相关。现有诊断和检测方法往往费时、费力或昂贵，因此需要一种简便、灵敏、快...
芯片上细胞培养装置已广泛用于哺乳动物细胞和细菌研究，但多数设计依赖多层PDMS微流控阀，制造和操作复杂。本文提出一种基于单层PDMS微流控阀的芯片上大肠杆菌培养腔。为实现培养基持续流动，作者开发了一种（半）常闭单层微流控阀：在静息状态下，阀体侧边约0.5 µm缝隙允许培养基通过并阻挡细菌；施加负压时柔性PDMS膜变形，使细菌进入培养...
安全饮用水是公共卫生和人类福祉的基本保障。世界卫生组织与联合国儿童基金会等机构将饮用水中大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的存在视为卫生不足和重大健康风险指标，因此全球通常以 100 mL 饮用水中不得检出 E. coli 作为卫生标准。现行美国环保署（EPA）方法依赖膜过滤后在选择性培养基上培养，通常需...
开发实时、便携、低成本的病原菌传感器非常重要，因为酶联免疫吸附测定（ELISA）和聚合酶链反应（PCR）等常规方法成本高、耗时长且需要专业人员操作。本文报道一种基于互指电极（IDE）阵列的便携式、低成本阻抗生物传感器，以大肠杆菌（E. coli）为模型展示其可行性。通过在 IDE 表面修饰大肠杆菌外膜蛋白（OMP）Ag1 适配体，调...
针对尿路感染中最常见的病原菌大肠杆菌，本研究采用微接触印迹技术制备了定制型大肠杆菌识别受体，并将其集成到表面等离子共振（SPR）传感芯片上，实现水溶液和模拟尿液中结合事件的实时、无标记检测。以N-甲基丙烯酰基-L-组氨酸甲酯（MAH）为功能单体，在SPR金芯片表面构建分子印迹聚合物（MIP）薄膜；聚合过程中将银纳米粒子（AgNPs）...
目前缺乏可负担、灵敏、快速、现场检测奶中病原体的诊断方法。为此，作者开发并优化了一种基于现场比色的可持续检测方法，采用 L16(5^4) Taguchi 设计，无需 PCR 扩增即可在数小时内获得结果。为确定大肠杆菌污染水平，先用 150 µL 母乳诱导，再将 B-PER 细菌蛋白提取试剂盒加入含藻酸盐微胶囊检测液的体系中。该新型 ...
毒性鉴定评价（TIE）可用于复合环境水样中污染物的分类与识别，但传统毒性生物测定通量有限，难以扩展至大样本。本文报道了一种高通量TIE第一阶段方法，采用基于荧光细胞氧化（CO）生物传感器的96孔微孔板检测体系。该传感器由表达氧化还原敏感绿色荧光蛋白roGFP2的大肠杆菌细胞构成，通过400 nm与485 nm双激发、525 nm发射...
合成遗传器件可在活细菌中执行分子计算，感知多种环境化学信号并按人工设计进行逻辑处理。IMPLY 是四种基本逻辑功能之一，属于“若P为真则输出跟随Q，否则为真”的约束型逻辑。本文借鉴电子学层级思想，在单个大肠杆菌细胞中设计、构建并优化了一种全谱转录级联合成遗传 IMPLY 门，使其能够感知并整合两种环境化学信号。该 IMPLY 门被进...
霉菌毒素污染食品和饲料是全球性问题，可对人和动物造成急性和慢性健康危害。本文报道了一种基于大肠杆菌（E. coli）的电化学生物传感器，用于黄曲霉毒素B1（AFB1）和玉米赤霉烯酮（ZEN）的毒性评估。该传感器以E. coli作为信号识别元件，以对苯醌（p-benzoquinone）作为电子介质，并采用两步反应程序将介质与霉菌毒素分...
木糖氧化途径（XOP）是原核生物中替代传统戊糖同化途径的重要代谢路线，起始于 D-木糖被氧化为 D-木酮酸，再转化为 α-酮戊二酸或丙酮酸加乙二醛。XOP 的主要缺陷是 D-木酮酸中间体持续积累，导致培养基酸化并抑制细胞生长与代谢物再同化。本研究开发了一种 pH 响应型合成遗传控制器，利用改造的跨膜转录因子 CadCΔ 作为传感元件...
微波谐振器传感器因可无接触、无标记监测液体培养基中细菌生长而备受关注。本文提出一种基于一对平面开环谐振器（SRR）的新型无标记微波生物传感器，用于非侵入式监测固体琼脂培养基上的细菌生长。传感器由两个谐振频率略有差异的 SRR 构成，以差分方式工作；以传输系数 S21 作为传感响应，设计并测得的品质因子高于 200，以保证高分辨率。1...