近年来，将全细胞生物传感器集成到微型测量装置中，以利用其小型、快速、低成本、高灵敏、高特异以及即时检测等协同优势，受到持续关注，并已提出多种装置。许多装置在各自领域被视为强大系统，但预期成功往往未能实现，相关系统仍停留在概念验证阶段。本文阐述此类系统若要成功开发并实际应用，必须克服的障碍和可能挑战。进一步，作者批判性讨论并排序系统开...
快速评估微生物的生化活性对应用研究和基础研究均具有重要意义。基于目标微生物培养物构建的实验室微生物电化学传感器模型，能够以低成本、易制备和易操作的方式快速提供培养物信息。本文综述了以Clark型氧电极作为换能器的实验室微生物传感器模型，重点比较反应器微生物传感器（RMS）和膜微生物传感器（MMS）的构建方式与响应形成机制。RMS以完...
环境中高浓度重金属会对生态系统和人体健康造成严重危害，亟需开发有效控制土壤重金属污染的方法。植物修复在土壤重金属污染控制中具有优势和应用潜力，但现有超富集植物存在环境适应性差、富集种类单一、生物量小等不足。基于模块化理念，合成生物学使设计多种生物体成为可能。本文提出“微生物生物传感器检测—植物修复—重金属回收”的土壤重金属污染控制综...
生化需氧量（BOD）是评价水质的重要指标。自日本学者 Karube 于 1977 年首次报道基于微生物的 BOD 传感器以来，40 余年间，基于多种微生物细胞的 BOD 生物传感器在原理、材料和实际应用方面不断积累，已形成相对独立的生物技术方向。传统 BOD5 测定需 5 天，难以满足实时监测需求；微生物生物传感器可将测定时间缩短百...
生物传感器可在环境监测、病原体检测和生物标志物诊断中发挥重要作用。传统化学传感器和PCR检测在实验室条件下灵敏度高，但其配置、生产成本和运行要求不适合实验室外应用。合成生物学、生物电子学和材料科学的进展推动了新型微生物生物传感器件的发展，这些器件将核心合成生物传感器与先进部署平台相结合，形成独特的生物传感器产品。本文综述了微生物生物...
生物传感器正在科学中开辟新的应用空间，其发展将显著提升娱乐水和饮用水源水中微生物检测能力，从而保护公众健康。生物传感器的进步主要源于分子生物学过程的发展及其与工程技术的结合，纳米工程和材料科学的进展也为生物传感器开辟了许多新途径。这些多学科技术被引入传感器领域，主要源于对更快速、高准确、高灵敏、高特异传感器的需求，同时希望具备稳健部...
早期发现疾病并实施精准治疗将深刻改变人类疾病诊疗。为实现这一目标，需要能够精确定位疾病发生时间与部位的生物传感器。合成生物学的快速发展使研究者能够利用活细胞的信息处理能力，先诊断疾病，再以受控方式进行治疗。例如，可设计活体传感器精确感知疾病生物标志物，如炎症副产物，并在原位递送靶向治疗药物。这些活体传感器有望在疾病早期提供可操作信息...
环境中持续存在的外源化合物及难降解相关化合物已成为严重污染威胁。生物修复是消除环境中持久污染物的关键。传统生物修复过程存在局限，因此需要发现新的生物修复技术以获得更好效果。本综述提供了通过合成生物学实现生物修复的替代策略展望，包括探索分析研究数据以开发微生物生物修复合成生物学模型的前提条件。此外，描述了合成微生物群落中的细胞协调、细...
本文综述了面向现场分析应用的全细胞微生物生物传感器的发展，重点讨论器件开发与细胞固定化策略。文章首先介绍全细胞生物传感器基本原理，说明通过合成生物学对细胞进行遗传工程改造，使目标分析物能够诱导或抑制报告基因表达，从而产生荧光、生物发光或电化学信号。随后提出从实验室走向现场应用所需的设计框架，涵盖菌株选择、生物安全、器件制造、储存稳定...
本综述回顾作者在日本大阪大学药学研究科近40年的基础研究。作者1984年在美国博士后研究后加入三浦喜温实验室，开始生物化学工程研究，最初目标是通过工程化手段解决威胁人类健康的全球环境问题。主要成果包括：利用光合微藻与光合细菌构建明暗/昼夜耦合系统，以水和二氧化碳为原料生产氢气，并放大800倍至中试装置；通过克隆氢气氧化与碳固定相关基...
本综述系列第一部分以日本案例为主，介绍了当前水环境状况，并讨论了面向实际水环境进一步开发微生物生物传感器技术的必要性。本文系统总结了约2010年以来面向水环境的微生物生物传感器发展趋势。在第一部分中，作者在简要回顾历史研究的基础上，介绍了微生物生物传感器原理的最新研究。在第二部分中，作者介绍了这些微生物生物传感器技术在水环境中的应用...
本文是系列综述的第一部分，旨在重新审视日本水环境现状及其微生物生物传感器技术。作者指出，2010年综述曾总结1960年代至2000年代日本有机污染分析与生物传感进展，而当前封闭水体中污染物累积、人为富营养化和水质恶化带来新挑战，因此需要更新分析方法和生物监测手段。本文介绍日本水污染法规、污水处理、环境监测现状，以及河流、湖泊和封闭海...
双组分调控系统（TCRS）通过偶联感知与调控机制介导细胞响应。TCRS 由组氨酸激酶（HK）和响应调节子（RR）组成：HK 作为传感器识别环境信号，并通过自磷酸化将磷酸基团转移至 RR；磷酸化的 RR 结合启动子，调控效应基因表达。基于这一特性，细菌 TCRS 可被工程化改造，用于构建面向不同应用的微生物系统。本综述聚焦 TCRS ...
随着复杂样品中选择性识别微生物的需求日益增长，传统微生物鉴定方法因耗时、费力且昂贵而难以满足快速检测要求。近年来，研究者发展了多种替代检测策略，包括将硅纳米颗粒、微流控、液晶、碳纳米管等组件与传感技术整合，用于微生物检测。许多研究采用抗体作为识别元件，通过靶细胞与抗体结合位点之间的特异性相互作用实现细胞识别和检测。尽管天然抗体具有高...
微生物生物传感器是由生物整合换能器构成的分析装置，可产生指示分析物浓度的可测量信号，适用于胞外化学物质、环境监测及代谢感觉调控。尽管微生物生物传感器在多种检测领域具有应用前景，但仍存在选择性差、灵敏度低、便携性不足等局限。为克服这些限制，研究者将微生物生物传感器与多种微/纳米技术相结合，并应用于广泛检测目的。本综述讨论与微生物生物传...
全细胞生物传感器是酶基生物传感器的良好替代方案，因其具有成本低、稳定性好、无需繁琐纯化等优势。近年来，活细胞已被用于检测多种目标物。本综述聚焦于通过遗传改造赋予微生物所需输出信号，以提升生物传感器性能。文章讨论了基于遗传/蛋白质工程和合成生物学构建具有特定信号输出、灵敏度与选择性的微生物的方法，包括报告基因表达、转录调控蛋白/诱导启...
微生物生物传感器是将微生物与物理换能器集成的分析装置，可产生与分析物浓度成比例的可测信号。近年来，大量微生物生物传感器被开发用于环境、食品和生物医学应用。本文首先讨论微生物传感中常用的各种传感技术，然后重点总结基于安培法、电位法、电导法、伏安法、微生物燃料电池、荧光、生物发光和比色法的微生物生物传感器在制备与应用方面的最新进展。文章...
蛋氨酸是动物必需氨基酸，常被视为饲料配方中首要限制性氨基酸。饲料中蛋氨酸缺乏或过量均会导致动物生产性能下降并增加环境污染，因此需要准确定量和合理添加。目前动物生物测定是评价蛋氨酸生物利用度的行业标准，但耗时、昂贵且受法规限制，且多种干扰因素会影响其变异性和时效性。基于微生物对外源营养（如蛋氨酸）响应的微生物测定法快速、廉价，并能较准...
动物日粮中必需氨基酸的数量与平衡对营养至关重要。缺乏会导致体重增长不佳，过量补充则增加成本并提高动物氮排放。虽然体内动物试验是测定氨基酸生物利用度的标准方法，但成本高、耗时长。大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）生物测定在准确性、成本和耗时方面是可行替代。E. coli 是胃肠道常驻菌，虽在结肠更丰富，但小...