快速且可操作的病原菌鉴定仍是假体关节感染（PJI）诊断中的重大未满足需求。现有方法要么快速提供宿主反应信息但缺乏病原特异性，要么需数天至数周才能鉴定病原。本文报道一种化学电阻纳米传感器阵列，结合机器学习，基于挥发性有机化合物（VOC）谱实现同日病原菌特异性检测。19 通道阵列先在体外对 ESKAPEE 病原菌验证，径向基函数支持向量...
本文提出一种集成石墨烯的紧凑双带太赫兹（THz）超材料吸收体，用于高性能生物传感。该结构由四个同心八边形环组成，其中两个为金环、两个为石墨烯环，置于二氧化硅（SiO₂）基底上，背面为金接地层。金环产生双共振响应，石墨烯层通过改善与自由空间的阻抗匹配增强吸收并引入可调性。器件在0.9623 THz和1.4079 THz处实现近单位吸收...
通常光纤生物传感器的响应分析主要关注光谱幅度和波长漂移，因此未充分利用整个光谱范围。若利用完整光谱，则可挖掘其中包含的更多信息以提升传感器性能，但这需要处理每个测量光谱中的大量数据。降维技术可简化该任务，同时需确定哪些光谱区域提供关键信息。特征缩放是机器学习中的数据预处理工具，用于调整变量数值尺度，使各特征具有可比权重，并突出信息量...
本研究提出一种基于光子晶体光纤（PCF）的光学传感器，用于通过红细胞折射率变化检测疟疾。该传感器采用空心中心核，并由五层七边形包层空气孔构成，可促进样品渗入并增强光与物质的相互作用，在保持结构简洁的同时对微小折射率变化具有高灵敏度。不同疟原虫发育阶段引起的红细胞折射率差异被转换为不同的波长位移，从而可区分环状滋养体与裂殖体等阶段。传...
植物与作物监测中的传感器可通过采集环境条件、土壤水分、温度、光照和养分等数据提高农业效率。传统无线传感器网络（WSN）虽能实时获取信息，但大规模部署成本高、节点密度低。本文提出一种新型“植物到机器”接口，将植物本身作为生物传感器和主要数据源，通过电学阻抗谱（EIS）直接监测植物生理参数及其与环境刺激的相互作用，从而减少对密集传感器网...
糖尿病肾病（DKD）是全球慢性肾病的主要原因，但现有诊断主要依赖尿白蛋白、估算肾小球滤过率等间接指标或侵入性肾活检，难以区分DKD与其他肾小球疾病。本研究评估尿液挥发性有机化合物（VOC）谱结合机器学习用于DKD无创分类的可行性。研究纳入127名受试者，分为健康对照、2型糖尿病无肾病、活检确诊DKD和原发性肾病综合征四组。尿液样本采...
本文提出一种基于氮化镓（GaN）的二维光子晶体（2D PC）生物传感器，用于白癜风（vitiligo）和皮肤松弛症（cutis laxa）等皮肤疾病相关分析物的检测。传感器采用 GaN 作为基底/光子晶体材料，利用缺陷区形成传感区，通过 1550 nm 入射光在缺陷共振模式下的透射峰波长漂移实现折射率检测。作者使用 Opti FDT...
基于变构转录因子（aTF）的即用型诊断在环境监测和人类健康中前景广阔，但天然 aTF 生物传感器通常缺乏真实应用所需的灵敏度与选择性，传统定向进化难以同时优化多个性能。为此，作者开发了一种多目标、机器学习（ML）指导的无细胞基因表达工作流，用于工程化 aTF 生物传感器。该方法快速生成高质量序列-功能数据，并转化为带方向标签的成对增...
活动性结核病由结核分枝杆菌（Mtb）引起，感染过程包含多个阶段，导致诊断和治疗困难。潜伏性结核感染（LTBI）患者可在细菌与免疫动态平衡被打破后复燃为活动性结核，并可能传播Mtb。现有诊断常缺乏对LTBI的特异性，也不能提示结核复燃风险。作者假设，利用QuantiFERON-TB Gold Plus（QFT）血浆上清中易获得的免疫谱...
乳腺癌仍是女性癌症相关死亡的主要原因，亟需早期检测与监测手段。传统乳腺X线、MRI和超声等影像方法在敏感性、特异性、成本和患者舒适度方面存在局限。本研究提出一种用于乳腺癌成像的手持近红外漫射光学断层成像（NIR DOT）探针。NIRscan探针采用多波长发光二极管（LED）和线性电荷耦合器件（CCD）传感器，实时采集光学数据，并基于...
小反刍动物贫血常由嗜血胃肠道寄生虫（如 Haemonchus contortus）引起，传统红细胞压积（PCV）检测需抗凝管、微管离心和专门设备，FAMACHA 评分则受环境和主观判断影响。本研究以75只成年雄性Spanish山羊为对象，评估其PCV范围并开发一种便于农场使用的AI增强血液生物传感器。方法上，将30 μL山羊全血滴于...
肺癌是全球癌症相关死亡的首要原因。低剂量CT筛查可降低肺癌特异性死亡率，但筛查依从性低、假阳性率高、过度诊断和过度治疗等问题仍限制其临床转化。本文讨论临床医生在肺癌诊断与治疗决策中面临的困境，并强调一种新型尿液生物传感器平台在肺癌检测决策中的潜在价值。该平台利用经过训练的大鼠对尿液中肺癌相关挥发性有机化合物（VOCs）的高灵敏嗅觉识...
光学连续血糖监测（CGM）系统因成本更低、耐久性更长而受到关注。本文报道一种计算型CGM系统，将生物相容的磷光可插入生物传感器与定制磷光寿命成像仪（PLI）相结合。该紧凑、低成本的PLI可透过皮肤采集可插入传感器的磷光寿命图像，所发射磷光的寿命受局部葡萄糖浓度调制。由于磷光寿命远长于组织自发荧光和激发泄漏，系统在激发光关闭后数十微秒...
本研究整合微采样与光学生物传感器，动态分析15名健康受种者对第三剂灭活SARS-CoV-2疫苗产生的中和抗体（NAbs），并用机器学习预测不同时间点的抗体水平。9个月内于7个时间点采集干血斑（DBS）和静脉血。改进的光纤生物层干涉（FO-BLI）传感器可在数分钟内快速多重检测野生型及奥密克戎变异株NAbs。结果显示，DBS与血清中野...
接受新辅助化疗（NAC）的乳腺癌患者需要精确评估治疗反应，残余癌负荷（RCB）是预测生存结局的重要预后指标。本研究提出一种基于机器学习的近红外光学生物传感器 Opti-scan 探头，用于评估 NAC 期间乳腺癌患者的残余癌负荷。研究纳入15例患者（平均年龄61.8岁），在每周期 NAC 治疗前后采集光学扫描数据。采用 k 折交叉验...
开发标准光学生物传感器通常需要耗时的仿真流程。为减少时间与工作量，本文提出利用机器学习预测光学生物传感器关键参数。研究以光子晶体光纤（PCF）结构为基础，将芯半径、包层半径、周期、分析物折射率和波长作为输入向量，预测有效折射指数、芯功率、总功率和有效面积等参数。作者使用COMSOL Multiphysics有限元仿真构建平衡数据集，...
本文提出一种利用多项式回归进行行为预测的传感器，用于优化吸收体与传感器性能。作者分析了三种石墨烯基超表面结构：双开口环谐振器（GDSRR）、单开口环谐振器（GSSRR）以及带细线的单开口环谐振器（GSSRRTW），通过比较不同设计与参数变化以获得最高灵敏度。结果表明，双开口环谐振器和单开口环谐振器设计可获得最高灵敏度；不同参数厚度变...
快速检测结核分枝杆菌对降低结核病危害具有重要意义。本文提出一种无标记石墨烯基折射率生物传感器，并结合机器学习方法用于检测结核分枝杆菌。该传感器通过分析基底厚度、谐振器厚度和入射角等参数实现更高灵敏度。机器学习用于预测不同波长下的吸收值，模型应用于入射角、基底厚度、谐振器厚度和石墨烯化学势四个参数。十字形超表面置于石墨烯-二氧化硅混合...
新冠疫情的全球传播凸显了快速、无需专业实验室的诊断需求。基于纳米材料薄膜的免疫传感器因可溶液加工、现场检测、高灵敏度且无需分子扩增而具有潜力，但此前薄膜性质与传感性能关系不清。本文系统分析碳纳米管（CNT）薄膜性质与基于CNT薄膜的免疫传感器灵敏度之间的关联，并通过机器学习实现灵敏度优化。所制备的电阻式免疫传感器可检测IgG及SAR...
维生素D缺乏或过量均可引发多种疾病，因此需要持续监测；然而，采用非侵入方法准确测量体内血清维生素D水平仍较困难。本研究旨在分析维生素D水平、InBody扫描获得的体成分信息以及健康体检血液参数之间的相关性，确定基于皮肤阻抗的维生素D定量最佳频率，并提出一种基于阻抗的维生素D测量方法。研究评估了受试者的体成分、前臂阻抗和血液维生素D浓...