《生物医学光学快报》特刊“生物医学应用中的光学生物传感器进展”系统介绍了光学生物传感器在医学诊断、生物分析和个性化医疗中的最新研究。随着对高灵敏、无标记和实时检测生物分析物需求的增长，光学生物传感器已成为重要器件。本特刊收录26篇论文，涵盖光纤生物传感器、等离子体生物传感器、光子晶体生物传感器、回音壁模式生物传感器、纳米材料、光学微...
癌症仍是全球主要死因，亟需先进诊断与治疗策略。程序性死亡配体1（PD-L1）是免疫检查点蛋白，与癌症进展、免疫治疗疗效和患者预后密切相关。现有酶联免疫吸附试验（ELISA）等方法存在成本高、耗时长、操作复杂等局限。本研究开发了一种基于微悬臂梁的生物传感器，用于检测可溶性PD-L1（sPD-L1）。该传感器以抗PD-L1抗体作为识别层...
本研究构建了首个用于高灵敏检测柑橘黄龙病病原亚洲韧杆菌（Candidatus Liberibacter asiaticus, CLas）的无标记电化学 DNA 探针生物传感器。基于 CLas 外膜蛋白（OMP）基因的特异性序列设计 OMP 探针，使其与互补靶序列杂交。利用循环伏安法和电化学阻抗谱监测修饰金电极表面 [Fe(CN)6]...
本文提出并演示了一种用于检测SARS-CoV-2核衣壳蛋白的高灵敏度硅微环（Si MRR）光学生物传感器。该传感器在SOI基底上采用CMOS兼容工艺制备Si MRR波导，并在波导表面通过Si标记蛋白定向固定IgG抗体。目标蛋白与抗体特异性结合后吸附于波导传感窗表面，引起波导有效折射率变化，进而导致MRR共振波长发生偏移；通过监测透射...
心血管疾病仍是全球死亡的主要原因，亟需先进技术研究心肌收缩功能并开发有效治疗手段。本文提出一种新型光学干涉生物传感器，用于在体外高灵敏度、无标记地记录人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）的收缩活动。该器件由光学腔构成，通过捕捉心肌细胞收缩引起的薄柔性膜位移所产生的干涉图案变化，实现细胞搏动的实时监测。作者首先证明该传感...
本研究提出一种微型化光纤法布里–珀罗（FP）干涉生物传感器，专门面向低成本、快速且定量的DNA序列检测。该传感器利用法布里–珀罗微腔内产生的干涉条纹，对DNA杂交事件进行实时、精确监测。作者通过荧光标记验证了传感器的生物功能化效果，并利用1 mM单链DNA（ssDNA）溶液进行了多轮杂交与再生循环，充分验证其性能。结果表明，该传感器...
本章系统综述了石墨烯场效应晶体管（gFET）生物传感器在生物传感中的原理、应用与进展。石墨烯具有高载流子迁移率、化学稳定性、二维表面原子特性及无需钝化层即可与电解质直接接触等优点，适合构建无标记、实时、低成本的场效应传感界面。文章介绍了从离子敏感场效应晶体管（ISFET）、生物场效应晶体管（BioFET）到gFET的演变，重点说明液...
阻抗生物传感器是研究和监测与蛋白相关生物过程的重要工具，可促进疾病诊断与治疗新方法的开发。本文综述了用于生物流体中快速蛋白检测的混合阻抗生物传感器的基本原理、分析方法和应用。该类传感器通过测量生物识别元件与目标蛋白结合后电化学阻抗的变化实现无标记检测，具有操作简便、分析快速、灵敏度和选择性较好、成本低廉，以及可集成到混合微流控系统等...
小分子通常指分子量低于1000 Da的化合物，其检测与分析在药物与抑制剂开发、毒素和生物标志物传感等领域日益重要。然而，由于小分子尺寸小、质量低，许多生物传感技术在灵敏度和选择性方面难以满足检测需求。尤其地，小分子的小尺寸限制了标记型方法的使用，因为荧光蛋白、荧光染料或量子点等标记物可能改变小分子分析物的结合行为与物理化学性质。此外...
新冠疫情凸显了快速、灵敏、可大规模部署诊断工具的需求。本文报道了一种基于石墨烯场效应晶体管（GFET）的无标记 SARS-CoV-2 病毒生物传感器，并系统研究了表面生物功能化方式对传感性能的影响。作者通过不同生化反应实现抗 SARS-CoV-2 刺突蛋白抗体的随机/非定向固定与定向/均一固定，并利用计算机模拟、物理化学与生化表征及...
过去20年，光纤器件因紧凑、无标记和高灵敏检测，在食品加工、环境监测、健康诊断、生物工程、疾病诊断和制药等生化传感领域得到广泛应用。生化传感器件需通过酶、DNA、受体等高特异性识别元件对换能表面进行有效功能化，实现选择性准确检测。在众多光纤传感技术中，光纤干涉生物传感器因生物相容性好、体积小、灵敏度高、分辨率高、检测限低、工作波长可...
本文报道了一种基于微环谐振器（MRR）阵列的无标记光学传感系统，用于人血清白蛋白（HSA）检测。传感环表面经APTES硅烷化、EDC/NHS交联和PAMAM修饰后固定抗HSA抗体，使HSA特异性结合于微环倏逝场区域。当HSA结合时，局部折射率改变导致微环有效折射率变化，谐振波长发生漂移；系统通过波长询问实时监测相对漂移实现定量检测。...
2019冠状病毒病（COVID-19）大流行凸显人畜共患传染病对公共卫生的严重威胁，监测家养及与人密切接触动物中病原体循环至关重要。基于表面等离子共振（SPR）的光学生物传感器可直接、无标记、定量分析生物分子，灵敏度高、可靠性好，有望成为兽医感染监测工具。本研究建立多靶标COVID-19血清学等离子体生物传感器，用于欧洲常见家养动物...
石墨烯因其优异的物理性质而成为有前景的生物传感器材料。基于场效应晶体管（FET）的生物传感器可借助石墨烯的高载流子迁移率实现高灵敏度检测，但石墨烯-FET生物传感器尚未广泛实用化。本综述聚焦石墨烯-FET生物传感器，讨论其优势、开发挑战及解决方案。德拜屏蔽会使检测目标的表面电荷被溶液离子屏蔽而难以检测，可通过小分子受体及其结合后构象...
光子晶体（PC）是无标记传感、药物筛选、诊断和配体-受体相互作用分析中的有前途工具。PC表面模式成像已成为检测传感器表面多重结合事件的新方法。通过表面修饰和识别单元功能化，可实现癌症生物标志物、抗体和寡核苷酸的高灵敏检测。RAD51蛋白通过同源重组途径在DNA修复中起核心作用，对基因组稳定性至关重要，其过表达常与侵袭性癌症相关，因此...
生物标志物检测对疾病进展监测日益重要。唾液作为诊断样本具有安全、低成本和无创优势，其白细胞介素-8（IL-8）水平变化与阻塞性肺疾病、鳞状细胞癌、口腔癌和乳腺癌等疾病相关。传统蛋白检测方法如酶联免疫吸附试验（ELISA）、质谱和Western blot通常昂贵、复杂且耗时。本研究开发了一种基于光纤球谐振器的生物传感器，以无标记方式检...
本文报道了一种基于微腔光纤马赫–曾德尔干涉仪（MZI）的新型无标记光纤生物传感器，并用于DNA检测。该传感器通过标准通信单模光纤（SMF）的大横向偏移熔接制备，形成开放微腔结构，腔内液体样品可改变光路并影响干涉光谱。实验表明，该传感器在折射率（RI）测量中达到−17,905 nm/RIU的高灵敏度。在此基础上，利用3-氨基丙基三乙氧...
本文提出一种基于边缘场电容概念的双栅隧穿场效应晶体管生物传感器（FFC-bioTFET），用于无标记检测中性与带电生物分子。与传统在栅氧化层刻腔的 bio-TFET 相比，该器件在源区上方及栅金属附近的间隔层中形成空腔，简化工艺并提高可扩展性。当生物分子进入空腔时，其介电常数或电荷改变栅金属边缘场，进而调制源-沟道隧穿结的隧穿势垒宽...
本文报道了一种用于检测白介素-6（IL-6）的有机电化学晶体管（OECT）生物传感器。IL-6 是与慢性炎症、炎症老化、癌症及重症新冠感染等多种病理过程相关的重要细胞因子生物标志物。该传感器以聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）栅极为换能界面，通过在其表面电化学沉积金纳米颗粒（AuNP），再对硫醇化适配体...
光子生物传感器近年来取得重要进展，凭借光子共振可实现无标记检测，具有高灵敏度并有望用于即时检测。然而，生物界面及抗体等结合分子的高效、可靠固定仍是关键瓶颈，现有多种功能化方案导致性能差异较大。本文研究了一种基于聚多巴胺（PDA）的简单、稳健表面功能化协议，用于硅基光子生物传感器。该策略受贻贝在潮湿环境中利用多巴胺粘附多种表面的启发，...