Biosensor applications in organ-on-a-chip platforms and disease modeling.
微生理系统（MPS）和器官芯片（OoC）结合生物传感器，用于体外模拟细胞与组织功能，以深入理解动态细胞微环境和疾病机制。OoC 与生物传感器耦合可更准确地模拟人体生理与疾病过程，提供非侵入、实时、高灵敏和高选择性的细胞行为与响应监测，并建立更具生理和药理相关性的模型，用于高通量药物筛选、系统性疾病建模、药代动力学建模和个性化医疗。生...
Planar-electroporated cell biosensor for investigating potential therapeutic effects of ectopic bitter receptors.
苦味受体最初在味觉系统中被鉴定，近年发现其也表达于心血管系统等非味觉组织，并参与多种生理过程。为研究苦味受体的电生理作用及潜在治疗意义，作者开发了一种高灵敏、多功能的平面电穿孔细胞生物传感器（PECB），用于高通量评估苦味物质对心肌细胞的影响。PECB 能够高通量、稳定且可重复地检测细胞内动作电位（IAPs）。与基于胞外动作电位（E...
Long-term culture and morphological maturation of taste organoids enhance taste discrimination in a biomimetic biosensor.
味觉是多感官体验，是食品质量的关键指标。仿生味觉生物传感器利用味蕾类器官作为敏感元件，可在体外模拟真实味觉转导。本研究采用小鼠味觉上皮来源的味蕾类器官作为敏感元件，微电极阵列（MEA）作为换能元件构建传感器。在酸、甜、苦、咸刺激下，选取特定通道计算平均放电频率，分别为6.5±2.29 Hz、7.25±3.77 Hz、3.33±2.6...
Machine learning and complex network analysis of drug effects on neuronal microelectrode biosensor data.
微电极阵列等生物传感器可记录体外神经元活动，为研究神经活性物质提供强大平台。本研究提出一种机器学习工作流，利用图论复杂网络指标分析药物诱导的神经元生物传感器数据变化。以暴露于GABAA受体拮抗剂别库铵（bicuculline, BIC）的皮层神经元微电极阵列记录为对象，BIC已知可诱导过度同步。该工作流将网络特征与同步性结合，并优化...
Digital CRISPR-Powered Biosensor Concept without Target Amplification Using Single-Impact Electrochemistry.
核酸的快速可靠检测与定量对传染病和癌症诊断等应用至关重要。虽然定量聚合酶链反应（qPCR）等传统方法应用广泛，但因复杂且依赖精密仪器而局限于实验室环境。本研究提出一种新型无扩增数字传感策略，将 Cas12a 酶的侧向切割活性与单撞击电化学相结合。通过简便的温度辅助共功能化过程修饰银纳米粒子（AgNPs），使被激活 Cas12a 释放...
Editorial: FEAST of biosensors: food, environmental, and agricultural sensing techniques.
本文是《生物传感器：食品、环境与农业传感技术》研究专题的编辑评论。生物传感器由核酸、抗体、酶、细胞或微生物等生物元件与光学、电学或机械等物理化学检测器组成，近年来在食品、环境和农业领域快速发展。过去五年，Web of Science 中以“biosensor”为关键词的论文每年超过 5000 篇，多种生物传感器被设计用于高效、多路复...
A Silicon-Based Field-Effect Biosensor for Drug-Induced Cardiac Extracellular Calcium Ion Change Detection.
钙离子参与机体几乎所有生理功能，尤其在心脏兴奋—收缩耦联中通过离子通道发挥关键信号作用。多种心血管药物通过调节细胞膜离子通道影响钙离子转运。现有钙离子监测主要依赖荧光探针，多用于细胞内钙成像，难以实现长期监测。本研究在光寻址电位传感器（LAPS）上制备全固态硅橡胶离子敏感膜，建立程序控制的场效应离子敏感 LAPS 平台，用于细胞外钙...
Electrochemical biosensors based on in situ grown carbon nanotubes on gold microelectrode array fabricated on glass substrate for glucose determination.
报道了一种高灵敏电化学生物传感器，用于葡萄糖检测。该传感器在玻璃基底上光刻定义的金微电极阵列（Au MEA）上低温原位生长碳纳米管（CNTs/Au MEA），具有可独立监测64个样本的潜力。通过在CNTs/Au MEA上固定葡萄糖氧化酶（GOx）于聚对苯二胺（poly(p-PDA)）基质中，构建GOx/poly(p-PDA)/CNT...
Silver nano-reporter enables simple and ultrasensitive profiling of microRNAs on a nanoflower-like microelectrode array on glass.
microRNA（miRNA）是一类约 22 个核苷酸的小非编码 RNA，在基因表达转录后调控中发挥重要作用，其表达谱与癌症发生发展密切相关，可作为癌症诊断和预后生物标志物。然而，miRNA 长度短、丰度低且序列同源性高，使临床样品检测面临挑战。为克服这些挑战，作者开发了一种简单、超灵敏的电化学 miRNA 芯片（e-miRchip...
Integrating an Islet-Based Biosensor in the Artificial Pancreas: In Silico Proof-of-Concept.
目的：1型糖尿病闭环治疗依赖连续血糖监测，但仅血糖读数不足以真正恢复营养稳态，胰岛素分泌的其他生理调节因子具有重要作用。作者此前开发了胰腺胰岛电生理生物传感器，通过电学测量整合这些调节因子。本研究旨在评估该生物传感器在血糖控制回路中的性能，作为计算机仿真概念验证。方法：基于生物传感器实验数据识别两个胰岛算法模型；首先验证电测量可作为...
PtNPt/MWCNT-PEDOT:PSS-Modified Microelectrode Arrays for the Synchronous Dopamine and Neural Spike Detection in Rat Models of Sleep Deprivation.
本研究报道了一种基于微电极阵列（MEA）修饰铂纳米粒子/多壁碳纳米管-聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PtNPt/MWCNT-PEDOT:PSS）纳米复合物的生物传感器组件，用于同步检测大鼠脑内多巴胺（DA）和电生理活动。形貌与电化学表征表明该探针具有优异机械和电学性能。所开发传感器在尿酸（UA）、抗坏血酸（AA）、谷氨...
Real-Time Analysis of Oxygen Gradient in Oocyte Respiration Using a High-Density Microelectrode Array.
与氧浓度梯度相关的生理事件可为判断代谢细胞状态提供重要信息。现有氧传感方法（光学光致发光、磁共振和扫描电化学）虽已成熟，但在分辨率、实时性能、复杂度和成本方面存在局限。本文报道一种基于定制互补金属氧化物半导体（CMOS）微芯片和铂（Pt）涂层表面微电极阵列（MEA）的电化学成像系统，用于测量细胞二维氧浓度梯度并计算耗氧率（OCR）。...
Sensitive electrochemical biosensor combined with isothermal amplification for point-of-care COVID-19 tests.
本文报道了一种结合重组酶聚合酶扩增（RPA）的电化学生物传感器，用于快速、灵敏检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）。该传感器基于多微电极阵列芯片，包含参比电极、对电极和5个独立工作电极，可通过差分脉冲伏安法（DPV）同时检测多个靶基因。RPA反应中，RPA扩增子与工作电极上固定的巯基修饰引物杂交，随着扩增子积累，...
Capabilities and limitations of 3D printed microserpentines and integrated 3D electrodes for stretchable and conformable biosensor applications.
本文研究3D打印微蛇形结构（µserpentines）的能力与局限，并利用其构建可用于体外、可穿戴和植入式微电极阵列（MEA）的动态3D微电极。器件将优化后的3D打印微蛇形设计与面外微电极结构相结合，集成于柔性Kapton®封装上，并采用微模塑PDMS绝缘。作者基于有效刚度和有效应变方程计算优化微蛇形设计的柔性，以筛选增强柔性的几何...
Injectable Flexible Subcutaneous Electrode Array Technology for Electrocardiogram Monitoring Device.
植入式心脏监测器虽已显著小型化，但仍存在感染、出血或瘀伤、器械突出或迁移等并发症。本文报道了一种小型、柔性、可注射的皮下微电极装置，用于记录心电图（ECG），以验证其作为更微创心脏监测方案的可行性。作者描述了该可注射 ECG（I-ECG）器件的制造流程：以聚酰亚胺（PI）为柔性基底和绝缘层，采用 Ti/Cu/Au 金属层形成高密度七...
Sensors and microarrays in protein biomarker monitoring: an electrochemical perspective spots.
开发可临床应用的便携式传感器和多联蛋白生物标志物检测方法是当今临床实验室医学的重要目标。本文从电化学角度综述了传感策略，重点讨论源自伏安法、电致化学发光、双极电化学和阻抗测量的检测原理，并介绍电化学方法在生物医学研究与开发中的最新实例，包括对新蛋白生物标志物分析、开发和验证的批判性评价及未来方向。化学传感器、微阵列、微流控、流动注射...
TFT sensor array for real-time cellular characterization, stimulation, impedance measurement and optical imaging of in-vitro neural cells.
实时体外多模态神经元细胞群表征涉及高度复杂的相互依赖过程。尽管已报道多种微电极阵列（MEA），但现有诊断技术在传感面积、光学透明性、分辨率和模态数量方面仍有限。本文提出一种光学透明薄膜晶体管（TFT）阵列生物传感器芯片，用于神经元群研究。该芯片中的 TFT 电极可实现六种模态：动作电位（AP）和局部场电位（LFP）的细胞外电压记录、...
Study of Real-Time Spatial and Temporal Behavior of Bacterial Biofilms Using 2-D Impedance Spectroscopy.
本文旨在展示利用二维阻抗谱（2D EIS）在CMOS生物传感器微电极阵列上识别细菌生物膜生长区域。作者设计并应用了一种新型多通道阻抗谱仪器，可与CMOS微电极阵列平台集成，提供1 Hz至100 kHz宽频率范围，支持可调刺激电压，并能够以每秒一次的频率对整个阻抗传感器阵列进行测量，从而实现对生物膜生长的实时二维空间与时间评估。相邻传...
An unexpected discovery of 1,4-benzoquinone as a lipophilic mediator for toxicity detection in water.
由于多数毒性风险评估基于单一物种试验，外推到生态系统评估存在不确定性。本文开发了一种基于混合微生物的介导型微生物电化学生物传感器，利用微电极阵列（MEA）进行水中毒性检测。为调动混合微生物参与电子传递并放大电流，采用1,4-苯醌（BQ）作为脂溶性介质介导胞内代谢；同时采用亲水性K3[Fe(CN)6]作为胞外电子受体，将氢醌（HQ）电...
Neurohybrid Memristive CMOS-Integrated Systems for Biosensors and Neuroprosthetics.
本文提出一种神经混合忆阻器芯片概念，将微流控/微电极系统中培养的活体神经网络与金属氧化物忆阻器器件或阵列及混合信号CMOS层集成，用于控制模拟忆阻电路、处理解码信息，并对生物培养物进行反馈刺激，从而构成双向神经接口。文章重点讨论离体海马神经元培养与空间有序化、大规模交叉忆阻阵列的制备与器件工程、阻态编程和非线性动力学，以及基于忆阻阵...