微生物面临多种可造成损伤的应激因素，并演化出复杂的应激响应机制。现有生物报告系统通常只能监测单一响应，而能够在活体微生物中检测多模态应激响应的传感器仍缺乏。本研究将可正交检测的红色、绿色和蓝色荧光蛋白组合于同一质粒中，构建名为 RGB-S 的报告系统，使大肠杆菌能够同时、独立、实时地分析三条转录应激通路：PosmY 报告 RpoS ...
随着人类深空探索临近，理解深空辐射暴露的生物风险比以往更重要。BioSentinel 任务将是50年来首个在低地球轨道以外研究辐射效应的生物载荷。本研究是 BioSentinel 生物立方星系列文章的最后一篇，该任务将使用出芽酵母细胞研究生物体对长期低剂量深空辐射的响应。本文定义了利用模拟深空辐射和代谢指示染料还原实验检测类空间辐射...
高通量细胞分选是合成生物学、临床研究和药物发现等领域的重要技术。流式细胞术虽可实现超高通量分选，但主要依赖细胞大小和表面标记，难以分析单细胞分泌产物。液滴微流控分选可为单细胞提供独立微环境，但针对多种分析物建立高通量分选方法仍具挑战。本研究开发基于葡萄糖胺（GlcN）检测的高通量液滴分选系统，用于定向进化二乙酰壳二糖脱乙酰酶（Dac...
BioSentinel是首个面向深空设计并开发的生物立方星，其NASA任务目标是评估深空辐射对生物系统的影响，并构建一个能够在距地球数十万千米外自主支持模型生物并采集数据的CubeSat平台。本文简要介绍BioSentinel，并通过回顾NASA早期生物立方星在科学问题、子系统和能力上的演进，展示其技术与概念渊源。文章指出，采用生物...
深空环境的生物风险必须阐明，以支持人类在低地球轨道（LEO）之外的探索与科学发现。长期火星任务需要自主生物传感器查询深空辐射环境，这类传感器必须包含能在最低生命支持下长期存活、并可在与地球间歇通信条件下可靠工作的生物体。NASA 的 BioSentinel 纳米卫星携带酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），是...
近十年来，溶解氧浓度检测主要存在安培法（Clark电极）与光学法（卟啉金属配合物磷光猝灭）两条技术路线，二者各有明显优缺点。在生物传感器开发中，这种竞争尤为突出，但由于多数研究仅采用单一检测方式，难以进行公正比较。为此，本文构建了一种微流控系统，将Clark电极与光学氧传感器置于同一微体积内，对吸附于复合材料上的酿酒酵母（Sacch...
酶工程的核心瓶颈在于高通量检测酶产物形成。本文提出一种通用且可扩展的代谢生物传感策略，将宿主细胞自身的代谢网络作为生物传感器，用于推断嵌入其中的酶是否产生目标产物。由于不同产物在合成过程中消耗不同的中心代谢物，酶活性的差异会以独特方式扰动宿主代谢组，并可通过质谱进行测量。作者将该策略与打印液滴微流控和 MALDI-MS 成像结合，对...
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...
本研究构建了一种基于 FcεRI-IgE 的基因编码微流控细胞传感器，用于食品样品中革兰氏阴性菌的快速筛查。通过基因工程抗体技术制备 CD14-Fcε IgE 嵌合蛋白，使其能够识别目标细菌或脂多糖（LPS）。首先利用慢病毒转染建立稳定表达 GCaMP6s 的 RBL-2H3 肥大细胞系，以监测细胞内钙离子流并提高检测灵敏度。微流控...
近年来，生物炼制对高价值化学品合成提出更高要求，内酰胺是尼龙工业中产量达百万吨级的重要大宗化学品。为筛选高产内酰胺生产菌株，亟需高通量内酰胺传感策略。本文报道一种稳健的活体内酰胺生物传感器，其由水凝胶微球封装工程化内酰胺响应大肠杆菌微菌落构成。该微球可通过液滴微流控技术便捷制造，制造速率最高可达每小时1000万个。传感器能够以剂量依...
污水处理厂是地表水中药物化合物主要释放源，即使低浓度也可能产生长期环境不利影响。为高效控制药物去除，需要实时识别。目前此类化合物定量依赖专业实验室，耗时且昂贵。本文报道一种用于检测药物化合物双氯芬酸的新型生物传感器，其成本低、操作简便，可直接现场应用。双氯芬酸的识别基于基因工程酵母细胞，这些细胞在双氯芬酸存在下以浓度依赖方式产生绿色...
近年来，基于遗传改造报告细胞的传感器被用于连续在线水质监测。本文报道了一种新型流通式微流控装置的设计、组装与性能，该装置固定了经遗传改造的酿酒酵母细胞；当受到双氯芬酸刺激时，酵母表达荧光蛋白，其荧光强度由荧光显微镜检测。尽管已有多种固定细胞检测不同分析物的装置，但本系统的创新在于能够安全封闭传感器细胞，从而获得不因细胞流失而失真的荧...
代谢组学已成为研究生物过程的重要工具，但仅获得代谢物谱而缺乏相应生物活性信息，对理解生物学过程的价值有限。本研究旨在将液相色谱-质谱（LC–MS）代谢组学与基于细胞的受体-配体检测相结合，以发展功能代谢组学方法。作者开发了一种流动式生物传感器，利用稳定表达人瞬时受体电位香草素亚型1（TRPV1）钙离子通道和荧光胞内钙报告蛋白 YC3...
近年来，微颗粒被用作微流控器件中的纳米多孔膜，促进多种芯片生物检测。本文报道了一种集成自组装颗粒膜（SAPM）的微流控器件，利用蒸发驱动毛细力将颗粒浓缩至目标微腔阵列，并通过依次引入不同溶液调控微腔阵列的化学环境。结果表明，该 SAPM 集成微腔阵列可在 2 h 内将微颗粒浓缩至多 120 倍，在 1 h 内将微生物细胞浓缩至多 3...
本文从海洋沉积物来源细菌Bacillus oceanisediminis 2691的基因组中挖掘到多个cadC同源基因，这些基因编码重金属响应型转录因子。作者利用荧光报告基因系统表征了各CadC蛋白对重金属离子的响应，发现不同CadC调节蛋白对Cd2+、Pb2+、AsO2−和Zn2+具有不同特异性，可作为模块化重金属生物传感器元件。...
本研究报道了一种用于环境监测的便携式全细胞生物传感器系统，可应用于空气质量控制、水污染监测和辐射泄漏检测。系统由轻质机械外壳、温度调节系统和微流控细菌接种通道组成，总质量小于200 g，可作为细胞接种的便携式培养箱，并挂载于无人机上，用于监测偏远和难以到达的区域。反馈控制系统可将接种温度维持在0.05 °C以内。聚二甲基硅氧烷（PD...
本研究提出利用基于人角质形成细胞系HaCaT的基因工程传感细胞，对化学诱导的细胞内信号级联应激进行时间分辨检测。细胞被稳定转染HSP72-GFP报告基因构建，形成表达应激诱导型报告蛋白的光学传感细胞系。文中展示了传感细胞的时间与剂量依赖性能，并与无标记阻抗监测方法（电细胞-基底阻抗传感，ECIS）进行比较。此外，基于mSlides ...