A guide to ERK dynamics, part 1: mechanisms and models.
细胞外调节蛋白激酶（ERK）长期被视为驱动细胞生长、增殖、死亡等关键过程的核心通路。现代生物传感器研究揭示，ERK 活性的时间模式具有高度可变性和细胞间异质性，且这些动态差异会调节细胞命运。本综述第一部分系统讨论 ERK 通路动态活性的当前认识，包括如何调控细胞决定，以及细胞命运如何进一步影响组织调控与病理。文章首先回顾光遗传学和活...
Glycocalyx Sensing with a Mathematical Model of Acoustic Shear Wave Biosensor.
本文提出利用声学剪切波生物传感器研究血管内皮糖萼（endothelial glycocalyx, GL）的设想。作者采用此前为蛋白质组学应用开发的声学剪切波传感器数学模型及软件，将糖萼视为覆盖在薄聚合物绒毛上的均质化层。该层的材料特性取决于绒毛密度、厚度、长度以及周围液体（血液血浆）的黏性参数。模型证明传感器对绒毛几何参数和血浆黏度...
Motility Resilience of Molecular Shuttles Against Defective Motors.
肌球蛋白和驱动蛋白是存在于活细胞中的生物分子马达，通过推动相关细胞骨架丝参与细胞内力产生与物质运输。提取后，这些马达因高运行效率和纳米尺度尺寸，成为生物传感器等体外应用的候选元件。然而，在器件集成过程中，部分马达会因与基底表面不利吸附而失活；这些缺陷马达不能水解 ATP，仅结合细胞骨架丝，从而对分子穿梭的运动形成阻抗。由于实验中难以...
Electrochemical Biosensor for Markers of Neurological Esterase Inhibition.
本文提出一种集实验与建模于一体的新框架，用于基于抑制的双酶（IBE）电化学生物传感器，以检测可能诱发神经系统疾病的乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂。该传感器通过在丝网印刷电极（SPE）阵列的金色工作电极上共固定AChE和酪氨酸酶（Tyr）制备。反应体系包含氧化还原循环放大机制，以提高电流输出和灵敏度。建立机理数学模型，模拟关键扩散与反...
Modeling a synthetic aptamer-based riboswitch biosensor sensitive to low hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) concentrations.
RNA适配体是较短的核酸序列，可高亲和性结合靶标；当与能够启动荧光报告蛋白翻译的核糖开关组合时，可用于多种介质中的化学检测。该过程从分子尺度的靶标结合延伸到宏观尺度的荧光检测，涉及多个限速的物理变化（如分子构象变化）和生化变化（如反应速率），使检测设计复杂。本文描述了一个用于辅助环境检测六氢-1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪（R...
Integrated Experimental and Theoretical Studies on an Electrochemical Immunosensor.
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...
Numerical Modeling and Investigation of Amperometric Biosensors with Perforated Membranes.
本文旨在研究穿孔膜几何结构对生物传感器性能的影响。为此，作者建立了二维轴对称安培生物传感器模型，并引入包含 Michaelis–Menten 酶反应非线性项的反应–扩散控制方程。偏微分方程及边界条件经无量纲化后，在非均匀非结构网格上采用 Galerkin 有限元法求解。研究考察了圆柱、向上圆锥、向下圆锥、向上抛物面、向下抛物面、向上...
Interpretation of the electrochemical response of a multi-population biofilm in a microfluidic microbial fuel cell using a comprehensive model.
本研究以多群体微流控微生物燃料电池（MFC）作为生物传感器，结合综合数学模型，解析其电化学响应并监测复杂底物厌氧降解中的化学与生物过程。模型整合厌氧消化模型ADM1、细菌趋化性、多微生物群竞争及不同电子传递机制，描述阳极液主体与生物膜中微生物和底物的时空分布、电子生成及MFC电流输出。利用合成尿液废水喂养的微流控MFC实验数据验证模...
Modeling Glucose Transport From Systemic Circulation to Sweat.
汗液传感有望在克服若干技术障碍后，提供一种非侵入性估计血液生物标志物水平的方法。本文报道了将汗液葡萄糖及关键电解质浓度与血液浓度相关联的生理基础转运模型的研究进展。研究在2名健康受试者中同时测量离子导入刺激产生的汗液葡萄糖和空腹血糖；汗液葡萄糖采用新型原型皮肤汗液收集/分析系统测定，血糖采用商业指尖血糖仪测定。这些数据与3项已发表研...
A Detailed Model of Electroenzymatic Glutamate Biosensors To Aid in Sensor Optimization and in Applications in Vivo.
本文建立并模拟了一种典型电化学生物传感器的详细数学模型，用于优化谷氨酸（Glut）检测并指导体内应用。谷氨酸是脑内主要兴奋性神经递质，现有酶促传感器受灵敏度和响应时间限制。模型以铂（Pt）微电极为基底，表面覆盖离子选择性聚合物膜（Nafion）和交联谷氨酸氧化酶（GlutOx）层，对Glut、H2O2和O2在一维空间中的扩散与反应进...
Cytochrome c biosensor--a model for gas sensing.
本文报道了一种基于细胞色素c的气体生物传感器，重点分析传感过程并建立数学模型以预测传感器响应。气体生物传感涉及气液分配平衡、中间反应、质量传输和反应动力学等多个步骤，这些过程发生在气相与液相之间及各自相内。作者对各步骤进行定量描述，并将其整合为统一模型，用于预测生物传感器响应。研究以甲硫醇气体检测为例，模型利用文献物性参数和简单液相...