全细胞生物传感器是代谢物监测的有力工具，但动态范围窄和泄漏表达高限制了其广泛应用。本文提出基于两轮设计–构建–测试–学习（DBTL）循环的系统化流程，在大肠杆菌中开发并优化一种基于转录因子的丙酮酸生物传感器。第一轮构建了可响应 0.05–10 mM 胞内丙酮酸水平的 PdhR 型生物传感器。第二轮采用实验设计（DoE）系统考察启动子...
随着mRNA疫苗和疗法兴起，RNA质量控制日益关键，但LC–MS等传统方法依赖专业设备和人员，难以高通量应用。本文采用实验设计（DoE）优化一种已表征的RNA完整性生物传感器，该传感器提供简单比色输出。通过多轮确定性筛选设计（DSD）与实验验证，系统探索检测条件以提升性能。优化使动态范围提高4.1倍，RNA浓度需求降低三分之一，显著...
生物传感器在多种应用中展现出灵活性，但其系统优化仍是限制其作为可靠即时检测工具广泛采用的主要障碍。实验设计（DoE）是一种强大的化学计量学工具，可通过有效引导超灵敏生物传感器的开发与优化提供解决方案。本视角综述概述了实验设计在光学与电学超灵敏生物传感器部署中的近期应用。文章考察了全因子设计、中心复合设计和混合设计等实验设计方法，将其...
无细胞蛋白合成（CFPS）反应因可用于基因构建体原型验证、生物传感器技术和具有新化学性质蛋白的生产而受到关注。已有工作多集中于优化CFPS流程，以提高蛋白产量、降低成本或简化生产流程。本文对一种常用CFPS反应缓冲液中的20种组分进行统计实验设计（DoE）分析，同时识别影响蛋白产量、反应速率、滞后时间和反应持续时间的因素及因素间交互...
去中心化监测需求推动临床、制药、环境和农食领域开发快速、易用、低成本的分析设备。本文作为《分析化学》Feature，系统阐述化学计量学方法在需求点/即时检测、芯片实验室和生物传感器开发中的作用，覆盖目标分析物识别、实验设计与优化、多元数据分析及结果数字化等全流程。文章介绍实验设计（DoE）、主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PL...
电化学免疫传感器（EI）将生物识别分子（如抗体）与氧化还原酶（如辣根过氧化物酶，HRP）相结合，兼具免疫分析的高灵敏、高选择性和电化学生物传感器的定量电信号输出。然而，产生电信号涉及复杂的传质、催化和电化学反应网络，使 EI 系统的设计与优化具有挑战性。本文提出一种整合实验与建模的框架，用于解决该问题。该框架包括：（1）描述关键传质...
全细胞生物传感器是由细胞组分构成的遗传系统，可将化学物质或其他刺激转化为用户定义的基因表达输出，用于传感与控制。然而，实现最佳性能所需的生物传感器调控组分表达水平并不直观，传统迭代方法难以高效探索多维实验空间。为此，作者采用实验设计（DoE）方法系统映射基因表达水平，并构建性能增强的生物传感器。该方法应用于响应木质素生物质分解产物原...
基于表面等离子共振（SPR）原理的仪器被广泛用于实时监测分子间相互作用：一个组分固定在传感器芯片表面，另一个组分在缓冲液连续流动中注入。经典SPR实验通常进行多轮结合与再生，以测定反应速率和平衡常数。2006年Karlsson等提出单周期动力学（SCK）方法，即按递增浓度依次注入分析物，仅在完整结合循环结束后进行一次再生。本文以10...
在血浆或血清等复杂基质中，生物传感器检测的灵敏度常受非特异结合限制，且不同个体间结合程度差异较大，因此方法开发需使用大量不同供体血浆。部分表面等离子共振（SPR）生物传感器可平行筛选多种运行缓冲液组成，并在每种缓冲液下设置多个固定化水平；将这些技术能力与统计实验设计（DoE）结合，可高效平行优化多个检测条件。本文提出通过降低阴性对照...
表面等离子共振（SPR）光学生物传感器已广泛用于测定多种大分子相互作用的动力学参数。传统实验通常任意选择分析物与缓冲液的注入时间以及不同分析物浓度，因此所得结合/解离曲线未必能为动力学参数提供足够置信度，标准误可能偏大。本文提出一种迭代式在线优化方法，将所需标准误作为约束条件，自动确定分析物浓度、结合期与解离期等实验变量，从而在满足...