草甘膦是全球使用最广泛的内吸性除草剂，其安全性仍受关注，流行病学研究提示慢性暴露可能增加非霍奇金淋巴瘤风险并存在内分泌干扰可能，因此需要灵敏、快速的检测方法。本文报道一种手持式酶生物传感器 GlyphoSense Chip，用于饮用水中未衍生化草甘膦的直接快速检测与定量。该器件将基于光电二极管的 CMOS 芯片、工程化草甘膦 N-乙...
本综述系统梳理了生物传感器技术的发展现状、理论基础及其在医学诊断、食品安全和环境监测中的应用，重点讨论其在水质评价中用于检测新兴污染物（ECs）和病原体的潜力。文章按照生物识别元件与信号换能方式对生物传感器进行分类，说明酶、抗体、核酸探针、适配体、全细胞及人工结合蛋白等识别元件，以及电化学、光学和压电换能机制的设计逻辑。综述进一步评...
随着快速工业化，开发新型水质监测技术以检测高毒性重金属离子十分必要。本文提出一种贵金属纳米粒子/DNAzyme混合电化学生物传感器，用于水溶液中铅离子（Pb2+）和铬离子（Cr3+）的同时、无标记检测。该传感器由二维裸露铂纳米粒子薄膜与DNAzyme组成；在目标重金属离子存在下，DNAzyme的双螺旋结构解离为较小片段，从而改变电极...
快速、低成本、现场检测水样中的细菌污染物对水质监测具有重要意义。细胞印迹聚合物（CIPs）具有稳健、低成本和通用性强等优点，可为全细胞细菌提供选择性结合位点。然而，将 CIP–细菌结合事件在微流控器件中转换为可测电学信号仍具挑战。本文制备了对大肠杆菌（E. coli）具有亲和力的 CIP 功能化微丝（CIP-MWs），并集成到低成本...
食源性和水源性疾病仍是全球公共卫生与食品安全的重大问题。每年约有42万和220万人分别死于食源性和水源性疾病，沙门氏菌、产志贺毒素大肠杆菌、弯曲杆菌、单核细胞增生李斯特菌、霍乱弧菌、钩端螺旋体、血吸虫等是重点关注病原。传统培养、流式细胞术和染色方法耗时长，难以满足实时监测需求。生物传感器利用酶、抗体、组织、遗传物质或适配体等生物识别...
随着合成生物学快速发展，培养具备实践能力的STEM人才至关重要，但缺乏低成本、可及的动手实验导致机会不平等。为弥补学生自主设计和构建生物工程系统的教学缺口，作者开发了四种货架稳定的无细胞生物传感教育模块。这些模块基于非致病大肠杆菌的冻干粗提物，只需加入水和DNA即可启动转录与翻译，无需专业实验室设备或研究人员监督。模块分别用于讲解l...
生化需氧量（BOD）是评价水和废水质量的关键参数，其中五日生化需氧量（BOD5）表示好氧微生物在5天内氧化可生物降解有机物所消耗的氧量。本研究旨在利用微生物燃料电池（MFC）缩短BOD5测定时间。作者基于单室空气阴极MFC产生的电压/电流数据，构建多层感知机人工神经网络（ANN/MLP），分别采用直接预测BOD5和先预测后续电压再积...
随着合成生物学快速发展，培养具备动手能力的STEM人才至关重要，但缺乏可及的实验演示造成机会不平等，且现有课程较少支持学生自主构建生物工程系统。为此，作者开发了四种货架稳定的无细胞生物传感教育模块，只需向冻干的大肠杆菌粗提物中加入水和DNA即可启动反应。模块围绕lac操纵子，引导学生理解转录调控机制、LacI阻遏蛋白对IPTG的剂量...
镜像适配体（spiegelmer）是天然D型寡核苷酸的对映体，可像适配体一样以独特结构结合靶标。天然D型适配体易被核酸酶降解，严重限制其在生物环境中的应用。本文开发了一种基于非生物降解spiegelmer的双酚A（BPA）高灵敏检测平台。由于BPA为对称分子，D型适配体可通过化学合成直接转化为L型镜像形式。作者利用生物层干涉仪（BL...
大多数微生物燃料电池（MFC）传感器仅关注混合溶液的化学需氧量（COD）或毒性，而很少研究混合液中各单一分析物的浓度。本文以乙酸钠和葡萄糖分别作为启动期有机底物，构建了两种MFC传感器：MFC-A和MFC-B。结果表明，两种传感器灵敏度（线性回归曲线斜率）存在明显差异。MFC-A检测乙酸钠和葡萄糖的灵敏度分别为4868.9和3895...
酿酒酵母的酶活性对环境参数敏感，因此可用作微生物传感器进行水质评估、生态毒理表征和环境监测。与细菌生物发光方法相比，该方法无毒性、避免使用转基因微生物，并可实现低成本快速分析。本文重点研究基于多通道压力传感和电化学阻抗谱（EIS）的酵母发酵动力学测量，比较两种方法在精度、重现性和现场条件下的易用性。结果表明，EIS能提供更多关于代谢...
重金属在生物体内的频繁暴露与蓄积会损害脑、肝、生殖器官等，造成严重健康风险；全球多地饮用水和地下水存在砷、镉、铅、汞、铬等污染，因此需要快速、低成本、高特异性的水质评估方法。自然界微生物可通过特定基因和转录因子响应重金属胁迫，重组DNA技术可将这些天然生物报告器改造为受控体系：在特定重金属存在时开启或关闭基因表达或酶活性，形成化合物...
苯酚是化学工业废水中常见的污染物，易经皮肤和黏膜吸收，对健康和环境构成潜在威胁。本研究制备了一种双室微生物燃料电池（MFC）生物传感器，用于检测苯酚。将不同浓度苯酚（100、250、500 和 1000 mg/L）作为唯一底物加入 MFC，并测量输出电压变化。加入上述浓度后，最大输出电压分别为 360±10 mV、395±8 mV、...
基于微生物燃料电池（MFC）的生物传感器已在实验室中用于实时水质生物监测，但缺乏现场验证。本研究报道了一种用于实时监测受金属污染溪流水质变化的MFC生物传感器的长期性能。传感器先在实验室启动，随后部署于加拿大安大略省Sudbury一处活跃矿区附近的溪流中。根据相对于矿区排放口的位置，选择上游（重金属浓度最低）、中点和下游三个点位安装...
河流生物膜是水生生态系统中指示毒性胁迫的合适生物指示物，常暴露于工业、生活和农业来源的污染物。重金属可直接或间接干扰与光合性能相关的生理过程，但其在生物膜中的毒理机制数据仍有限。脉冲幅度调制（PAM）荧光法是一种快速、非破坏性技术，可监测光合性能、荧光动力学和非光化学猝灭变化。本研究测试了一种新型微型 PAM 传感器，以评估重金属对...
追踪联合国可持续发展目标6.1“实现人人公平获得安全可负担饮用水”的进展，需要开发简单、低成本的水质监测工具。合成生物学快速发展，有望通过从自然界分离DNA编码的传感元件并重新组装，构建可现场部署的“生物传感器”，用于检测致病性或化学性水污染物。本文概述了合成生物学支持的水质监测策略，并将其与既往用于检测三种优先污染物（粪源病原菌、...
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...
蓝藻毒素由水体中有害蓝藻水华产生，营养盐富集由人类活动和自然条件导致。淡水与咸淡水体中最常见的是微囊藻毒素（MCs）。MC污染水对人类健康、环境可持续性和水生生物构成严重风险，因此需监测常见MC。由于纯标准品缺乏，检测和定量有时困难。蛋白磷酸酶抑制试验、酶联免疫吸附试验、高效液相色谱、液相色谱-质谱和生物传感器等用于检测和定量。没有...
开发实时、便携、低成本的病原菌传感器非常重要，因为酶联免疫吸附测定（ELISA）和聚合酶链反应（PCR）等常规方法成本高、耗时长且需要专业人员操作。本文报道一种基于互指电极（IDE）阵列的便携式、低成本阻抗生物传感器，以大肠杆菌（E. coli）为模型展示其可行性。通过在 IDE 表面修饰大肠杆菌外膜蛋白（OMP）Ag1 适配体，调...
水污染已成为影响人类与环境健康的全球性问题，经过处理的水中仍可能检出种类复杂、浓度极低的污染物。为满足水资源管理对连续、高效监测的需求，生物传感器可将生物识别元件与换能器结合，实现对目标分子的高选择性、快速和灵敏检测。本文是一篇关于用于水质监测的DNA基纳米生物传感器的微型综述，重点介绍DNA作为识别元件和纳米结构构建模块的优势，包...