A rapid point-of-care test for vancomycin monitoring at the clinical bedside.
万古霉素需依据治疗药物监测进行个体化给药，但现有实验室检测耗时长且依赖中心实验室。本文报道一种竞争式微阵列检测，构建于聚(oligo(ethylene glycol) methacrylate-co-glycidyl methacrylate)（POEGMA-co-GMA）聚合物刷上，并集成到一次性微流控卡盒与便携读数仪中，可在30...
FRET Visualization of High Mechanosensation of von Willebrand Factor to Hydrodynamic Force.
血管性血友病因子（vWF）是循环系统中的大分子糖蛋白，在血管损伤处感知水动力并募集血小板形成血栓。本文开发了一种FRET生物传感器，用于监测vWF对水动力的构象变化。该传感器锚定于细胞表面，全长vWF的A2结构域两侧分别融合ECFP和YPet荧光蛋白对。将293T细胞接种于微流控通道后，2.8 dyn/cm2剪切力（28 µN/cm...
Point-of-Care Fluorescence Biosensing System for Rapid Multi-Allergen Screening.
随着全球过敏患病率持续上升，亟需更精确、快速且微创的诊断工具。本文报道了一种微型化荧光生物传感系统，用于快速定量检测过敏原特异性免疫球蛋白E（sIgE）。该系统将基于抗体的荧光免疫检测集成于微流控图案化载片，并结合自制便携式荧光读数仪进行图像采集，以及用户友好的软件进行数据分析，仅需80 µL人血清即可在约1小时内完成多种过敏原的检...
Micropillar enhanced FRET-CRISPR biosensor for nucleic acid detection.
CRISPR技术因具有极高的灵敏度和特异性，已被广泛用于病原体检测。尽管高长径比微结构在增强生化反应中的应用潜力已受到关注，但其在CRISPR检测中的应用仍较少。本研究开发了一种基于FRET的生物传感器，将高长径比微结构与Cas12a介导的trans-cleavage相结合，用于检测HPV 16 DNA片段。结果表明，密度更高的微柱...
Low-noise fluorescent detection of cardiac troponin I in human serum based on surface acoustic wave separation.
急性心肌梗死（AMI）是冠状动脉突发阻塞导致的危及生命疾病。心肌肌钙蛋白 I（cTnI）是最具特异性的生物标志物，通常单独检测以诊断或排除 AMI，因此准确检测 cTnI 对患者生命健康具有重要意义。与其他方法相比，荧光检测具有操作简便、灵敏度高和适用性广等优点。然而，由于体液中生物分子存在强荧光干扰，往往难以获得高灵敏度。为解决该...
Micropillar enhanced FRET-CRISPR biosensor for nucleic acid detection.
CRISPR技术因高灵敏度和特异性被广泛用于病原体检测。尽管高长径比微结构在增强生化反应方面具有潜力，但其在CRISPR检测中的应用较少。本研究开发了一种基于FRET的生物传感器，结合高长径比PDMS微柱阵列和Cas12a介导的反式切割活性，用于检测HPV 16 DNA片段。结果表明，密度更高的微柱具有更强的分子结合能力，可使检测灵...
Multiple Biomarker Simultaneous Detection in Serum via a Nanomaterial-Functionalized Biosensor for Ovarian Tumor/Cancer Diagnosis.
卵巢肿瘤/癌症威胁全球女性健康，需要高性能检测方法和准确策略以有效检测、诊断和治疗。本文报道了一种纳米氧化石墨烯颗粒功能化微流控荧光生物传感器，用于同时检测卵巢肿瘤/癌症诊断中的四种生物标志物 CA125、HE4、CEA 和 AFP。所开发传感器具有良好的选择性和较宽的标志物检测范围，CA125 检出限为 0.01 U/mL，HE4...
Rapid Detection of Attomolar SARS-CoV-2 Nucleic Acids in All-Dielectric Metasurface Biosensors.
全球 SARS-CoV-2 感染表明，快速且极高灵敏度的核酸检测对人类至关重要。多年来，聚合酶链式反应（PCR）主要用于 SARS-CoV-2 检测，但提高检测定量能力并缩短运行时间对当前和未来发展很重要。本文报道了一种快速检测方案，将核酸扩增与高效荧光生物传感器相结合，该传感器由全介质超表面和微流控透明芯片组成。概念验证实验表明，...
Asymmetric Nanochannel Network-Based Bipolar Ionic Diode for Enhanced Heavy Metal Ion Detection.
为实现更高整流度，离子二极管需要可控的几何不对称结构，但传统制备工艺难以实现。本文提出一种基于不对称纳米通道网络膜（NCNM）的双极离子二极管，通过双极表面电荷协同与微通道几何优化，在实验和多物理场数值模拟中实现约1600的最高整流度。正向偏压下，阳离子选择性NCNM（CS-NCNM）与阴离子选择性NCNM（AS-NCNM）之间的异...
Cocaine Detection by a Laser-Induced Immunofluorometric Biosensor.
非法毒品在边境、港口和机场的走私日益威胁公共卫生，快速检测痕量毒品仍是挑战。本文报道一种用于可卡因检测的激光诱导免疫荧光生物传感器。该传感器采用单体亲和柱，柱内固定化过量苯甲酰爱康因（BEC）-牛血清白蛋白（BSA）偶联物作为半抗原捕获层。在无 cocaine 时，荧光标记单克隆抗体 IP3G2-Dy-654 被亲和柱捕获；当样品中...
Performance Comparison of Flow-Through Optofluidic Biosensor Designs.
光流体流通式生物传感器正用于单颗粒检测，尤其作为病原体诊断工具。芯片灵敏度受设计参数、照明方式（侧照明与顶照明）以及流场构型（抛物线流、二维流体聚焦2DHF和三维流体聚焦3DHF）影响。本文建立并验证了综合考虑光学、波导、荧光和流体动力学的模型，用于比较不同设计组合的信号差异。模型结果与物理器件实验一致：侧照明3DHF设计产生最强且...
Optofluidic Flow-Through Biosensor Sensitivity - Model and Experiment.
本文提出一种用于预测基于荧光的光学生物传感器检测信号的模型与仿真方法。该传感器由光流控波导构成，典型应用是在将病原体相关DNA或RNA序列用荧光标记后，通过流式实验测定生物样品中的病原体浓度。文章概述了传感器几何结构、制备工艺以及预测模型的基本原理，并将模型结果与三种不同传感器设计的实验结果进行比较。传感器利用液芯反谐振反射波导（A...
Highly sensitive wide-range target fluorescence biosensors of high-emittance metasurfaces.
我们展示了由等离子体-光子混合高发射率超表面构成的高灵敏荧光生物传感器。该超表面由带孔硅波导与堆叠互补（SC）金纳米结构组成，可适用于从抗体到核酸的多种靶标。作为验证，免疫球蛋白G（IgG）经微流控通道固定于超表面后，即使在 5 pg/mL（约34 fM）的极低浓度下也能以标度方式直接检测。此外，癌症标志物抗p53抗体在 SC 超表...
All-Dielectric Metasurface Fluorescence Biosensors for High-Sensitivity Antibody/Antigen Detection.
蛋白质生物分子是多种疾病和感染的标志物，也是生物传感研究的重要对象。荧光检测被认为是灵敏度最高的生物传感技术之一，但此前尚无研究证明全介质超表面可用于高灵敏度荧光传感。本文提出一种高效荧光传感平台，并证明全介质超表面荧光生物传感器能够直接检测代表性抗体免疫球蛋白 G（IgG），检测浓度可达 pg/mL 或数十 fM 量级。该传感器还...
Fast Detection of 2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) at ppt Level by a Laser-Induced Immunofluorometric Biosensor.
恐怖分子和罪犯在机场、车站、体育场馆等公共场所非法使用爆炸物的问题日益突出。现有安检设备往往难以同时满足极低检出限和近乎零假阳性的要求，因为多数爆炸物蒸气压低且干扰物多。本文报道了一种基于动力学竞争的免疫荧光生物传感器，用于快速检测2,4,6-三硝基甲苯（TNT）。该传感器由固定大量TNP-BSA半抗原的单体玻璃亲和柱、荧光标记单克...
Portable and automated fluorescence microarray biosensing platform for on-site parallel detection and early-warning of multiple pollutants.
本研究构建了一种便携式自动化荧光微阵列生物传感平台（FMB），用于现场平行检测多种分析物。该平台采用紧凑混合光学结构、微流控和微阵列生物传感器。其中，由1×4单模光纤耦合器（SFC）、四个光纤开关和单-多模光纤束耦合器（SMFBC）组成的混合光学结构首次用于传输激发光并收集、传输多通道荧光信号。通过控制光纤开关，基于时间分辨效应，仅...
Fluorescence Biosensor for Real-Time Interaction Dynamics of Host Proteins with HIV-1 Capsid Tubes.
人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）衣壳是宿主蛋白和小分子结合的界面，参与病毒生活周期的多个步骤，但目前尚缺乏利用组装衣壳晶格定量测量宿主—病原体相互作用动力学的方法。本文开发了一种单分子荧光生物传感器，以自组装HIV-1衣壳蛋白（CA）管作为生物识别元件，并在微流控装置中利用全内反射荧光显微镜（TIRF）对衣壳结合物进行成像。该传感...
Investigation of the hepatic respiration and liver zonation on rat hepatocytes using an integrated oxygen biosensor in a microscale device.
体外功能性肝区化模型是重现生理肝脏特征的关键问题，氧浓度被认为是调节肝区化的潜在主要因素。本研究在含大鼠肝细胞培养的微流控设备中集成铂(II)八乙基卟啉（PtOEP）氧传感器，用于对培养室内氧浓度进行二维映射。肝细胞贴壁 3 h 后，传感器显示强烈的氧耗竭，导致设备中心出现缺氧。开始 30 min 培养基灌注后，监测到由细胞呼吸沿培...
Engineering functional hydrogel microparticle interfaces by controlled oxygen-inhibited photopolymerization.
本文报道了一种通过氧抑制光聚合在液滴微流控装置中制备功能化聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶微球的方法，用于检测生物活性大分子。水相由 PEGDA 700、光引发剂 LAP 和丙烯酸-PEG-生物素组成，在含氟碳油连续相中形成约 100 μm 液滴，并在紫外曝光下原位聚合。由于 PDMS 微通道和氟碳油的高氧渗透/溶解性，氧抑制...
Integrated phosphorescence-based photonic biosensor (iPOB) for monitoring oxygen levels in 3D cell culture systems.
生理过程如呼吸、循环、消化及多种病理状态会改变血液和组织中的氧浓度。为在体外重现体内氧环境，需要在培养系统中集成氧浓度监测与控制功能。本文报道了一种用于三维细胞培养装置内远程监测和调控氧浓度的系统。该系统将磷光型氧生物传感器（iPOB）集成到三维组织支架中，并通过控制吹扫气体流量调节氧浓度。iPOB 利用钯-苯卟啉衍生物（Pd-BP...