Synthetic biology tools for environmental protection.
合成生物学正在改变人们对生物系统的认知，其新兴技术影响科学与工程多个学科。传统合成生物学主要面向利用可再生资源生产化学品的低成本微生物细胞工厂，从而通过降低石油依赖间接保护环境。如今，合成生物学开始更直接地参与环境保护。工业和农业释放的有毒化学物质破坏生态平衡并导致生物多样性丧失。本综述重点介绍可用于环境保护的合成生物学方法，尤其是...
10.1021/acsomega.3c01741
遗传编码生物传感器系统可在活细胞中运行，是检测与定量多种小分子的通用、廉价且可转移工具。本综述介绍了当前最先进的生物传感器设计与组装，包括转录因子、核糖开关和酶偶联装置、高度工程化荧光探针以及新兴双组分系统。文章重点强调通过生物信息学辅助策略解决导致生物传感器在体内无法达到性能标准的情境问题。优化后的生物传感回路可用于高灵敏度监测分...
Technological advancements in bio-recognition using liquid crystals: Techniques, applications, and performance.
液晶材料的应用已从电子工业中的显示器件扩展到光学检测生物与化学分析物的新技术。本综述讨论液晶材料作为无标记传感元件在光学、电光与电化学生物传感器中的兴起。液晶分子在外场刺激或与生物分析物、化学物质相互作用时取向发生改变，这一特性被用于构建高灵敏液晶生物传感器。综述按生物分子反应机制（酶促反应、核酸反应和免疫反应）以及不同液晶界面（固...
Recent Advances of Biochar-Based Electrochemical Sensors and Biosensors.
在全球推进碳达峰与碳中和背景下，由生物质原料经热解制备的生物炭因富含碳、具有良好载体、催化与吸附性能，日益受到关注。生物炭性质类似碳纳米管和石墨烯，可作为电化学生物传感器或生物传感器的基础材料。然而，生物炭在电化学传感技术中的应用研究仍处于起步阶段，仍面临诸多挑战。为更好推动该领域研究，本文系统综述了近5年发表的有关生物炭基电化学传...
Harnessing the Potential of Biological Recognition Elements for Water Pollution Monitoring.
污染物环境监测是消除致突变、致胚胎毒和致癌毒素的关键第一步。蛋白质、适配体、全细胞等多种生物传感元件已被用于追踪环境样品和饮用水中的主要污染物，包括重金属、芳香污染物、病原微生物和农药，真实展示了其应用潜力。纳米材料、电子器件与微流控系统的交叉融合进一步改善了传感器设计，使现场检测更稳健、灵敏度更高。本文作为视角综述，梳理了该领域的...
Detection and remediation of pollutants to maintain ecosustainability employing nanotechnology: A review.
人类活动导致的环境恶化威胁可持续、清洁与绿色环境，有害化学物质在土壤、水和空气中的积累显著影响各类生态系统。本文概述了过滤、吸附、絮凝、凝聚、色谱和质谱等传统污染物检测技术面临的挑战，并强调环境纳米技术通过减少原材料、电力和农用化学品的过度使用以及工业废水排放，为可持续环境提供了创新途径。表面增强散射、表面等离子共振以及银、二氧化硅...
Biosensors in Occupational Safety and Health Management: A Narrative Review.
传感器是一种通过生物、物理或化学变化采集信息，并将其转换为可测信号的设备；通常包含识别元件与换能器。首个生物传感器原型可追溯至1906年，而具有明确定义的生物传感器直到1956年才发展出来。部分生物传感器已进入商业化阶段，并常规用于环境、农业、临床实验室和工业分析，尤其适用于原位检测多种环境污染物的生物可利用性，因其经济、简便且高效...
New insights into organ-specific oxidative stress mechanisms using a novel biosensor zebrafish.
活性氧（ROS）在细胞信号、免疫和凋亡中具有重要作用，但过量ROS若未被内源性抗氧化系统清除，会造成细胞损伤和疾病。环境压力因素也可导致ROS过量产生，引发氧化应激（OS）及组织毒性。本研究旨在建立一种不受组织特异性基因调控限制的稳定转基因斑马鱼系，使其能够在全生物体水平实时读出不同组织在暴露于多种OS诱导环境污染物和条件后的OS状...
Glutathione Transferase P1-1 an Enzyme Useful in Biomedicine and as Biomarker in Clinical Practice and in Environmental Pollution.
谷胱甘肽转移酶P1-1（GSTP1-1）在部分人体组织中表达，并在哺乳动物红细胞中高度富集，常称为红细胞谷胱甘肽转移酶（e-GST）。该酶可利用谷胱甘肽（GSH）催化内源性和外源性毒性化合物结合，也可作为配体蛋白结合并失活毒素，从而参与细胞解毒。本综述收集了将GSTP1-1/e-GST作为生物标志物或生物传感器用于不同领域的应用研究...
Strategies of Immobilizing Cells in Whole-cell Microbial Biosensor Devices Targeted for Analytical Field Applications.
本文综述了面向现场分析应用的全细胞微生物生物传感器的发展，重点讨论器件开发与细胞固定化策略。文章首先介绍全细胞生物传感器基本原理，说明通过合成生物学对细胞进行遗传工程改造，使目标分析物能够诱导或抑制报告基因表达，从而产生荧光、生物发光或电化学信号。随后提出从实验室走向现场应用所需的设计框架，涵盖菌株选择、生物安全、器件制造、储存稳定...
Graphene FET Array Biosensor Based on ssDNA Aptamer for Ultrasensitive Hg
汞离子（Hg2+）是一种毒性极强的环境污染物，快速高灵敏检测具有重要意义。本研究制备了一种液体栅极石墨烯场效应晶体管（GFET）阵列生物传感器，芯片上集成6×6个共源GFET，并基于单链DNA（ssDNA）适配体用于Hg2+定量检测。该传感器通过适配体与Hg2+形成T–Hg2+–T配位结构，引起石墨烯界面电荷分布变化，从而改变漏极电...
TriPleX™ waveguide-based fluorescence biosensor for multichannel environmental contaminants detection.
为实现环境污染物多分析物检测，本文报道了一种基于激光诱导荧光检测的光学生物传感器。该传感器将生物分子固定于玻璃基底（熔融石英，FS）上集成的TriPleX波导芯片表面，据作者所知是首次利用TriPleX技术在FS基底上制备波导芯片。芯片包含32个可独立寻址的传感斑，通过3个Y型分支形成四行各8个倏逝激发窗口。低损耗SiO2/Si3N...
Biosensors for the Detection of Environmental and Urban Pollutions.
随着工业生产和燃烧过程产生大量有害化学物质，重金属、农药、药物等污染物向环境释放已成为全球关注的问题。快速、可重复地检测这些污染物十分必要。生物传感器是检测环境污染物的高灵敏、高特异工具，已有多种类型被开发。本文综述了用于环境和城市污染物检测的生物传感器特征与应用。生物传感器由生物识别元件和换能器组成，可将生物或生化信号转换为可测电...
Electrochemical aptasensors for contaminants detection in food and environment: Recent advances.
随着食品和环境污染物种类不断增加，亟需开发新的分析工具以满足食品安全立法和环境污染控制日益增长的需求。在此背景下，电化学适配体传感器在众多生物传感器中表现出突出优势，可实现多组分分析，并具有响应快、灵敏度高、选择性好和成本低等特点。本综述旨在为读者概述近两年电化学适配体生物传感器在污染物检测领域的重要进展，重点介绍基于丝网印刷电极的...
Integrating Nanostructured Artificial Receptors with Whispering Gallery Mode Optical Microresonators via Inorganic Molecular Imprinting Techniques.
本文报道了一种将纳米结构人工受体与回音壁模式（WGM）光学微谐振器集成的概念验证研究，旨在发展可用于环境监测的无标记生物传感器。作者以异硫氰酸荧光素（FITC）为模型目标分子，利用无机硅烷溶胶-凝胶分子印迹技术，在约100 μm二氧化硅微球表面制备了模板化二氧化硅薄膜。通过比较氧等离子体降解与溶剂萃取两种模板去除方法，确认了印迹位点...
Yeast Biosensors for Detection of Environmental Pollutants: Current State and Limitations.
酵母生物传感器因具有时间成本低、灵敏度高、可重复性好、可扩展至高通量格式，并能检测污染物的生物可利用形态等优势，已成为环境污染物筛查与检测的常用工具。与基于非全细胞的体外传感器相比，转基因酵母可在较温和条件下培养，并可能适配便携式现场检测设备。然而，酵母生物传感器在低浓度样品检测、现场快速应用、长期稳定性和标准化方面仍存在明显局限。...
A label-free, multiplex competitive assay for small molecule pollutants.
了解个体对常见化学污染物的暴露量，需要简单、灵敏且特异的检测方法。由于许多目标污染物分子量小，无标记生物传感器检测具有挑战。本文报道基于阵列成像反射率（AIR）平台的污染物微阵列。AIR 利用硅芯片表面近完美抗反射条件，以 S 偏振 He-Ne 激光照射并用 CCD 成像；捕获点阵上目标结合会引起反射强度定量变化。为克服小分子质量变...
Environmental pollutants directly affect the liver X receptor alpha activity: Kinetic and thermodynamic characterization of binding.
肝X受体（LXR）是一类配体激活的转录因子，主要参与胆固醇稳态、胆汁酸和甘油三酯代谢，并可通过直接调控肝脏葡萄糖激酶参与葡萄糖代谢。已有研究证明药物、工业副产物和化学品等外源因素可调节其活性。鉴于这些合成分子在环境中广泛存在且LXR具有明确的靶点作用，作者采用整合策略，将计算机分子对接与光学表面等离子共振（SPR）生物传感器结合研究...
Rationally modified estrogen receptor protein as a bio-recognition element for the detection of EDC pollutants: strategies and opportunities.
雌激素受体（ER）能够结合环境中广泛存在的大量有机污染物，即内分泌干扰物（EDCs）。其宽泛的选择性使其成为检测 EDCs 的理想生物识别元件。本文阐述了以 ER 为基础设计生物传感器和检测方法的整体策略与原理，并讨论使用天然 ER 或理性修饰 ER 分子的机会。文章指出，ER 的配体结合域（LBD）足以识别 EDCs，可通过重组表...
High-throughput screening and biosensing with fluorescent C. elegans strains.
高通量筛选（HTS）可鉴定生物过程的化学调节剂，但细胞培养模型中筛选出的化合物在体内常有毒性或药理学不活跃。整动物模型筛选有助于避免这些问题并加速药物开发。秀丽隐杆线虫（C. elegans）体积小（<1 mm），可经济地液体培养和分配，且实验可操作性强，适合 HTS。本文描述了培养并分配荧光线虫品系，用于高通量筛选化学库或检测改变...