癌症是全球第二大死因，早期诊断困难，尤其在医疗资源有限地区。已有大量癌症生物标志物被研究，但传统抗体识别存在成本、稳定性、适用性和动物/细胞系依赖等限制。本文系统综述了三种非传统生物识别工程技术：分子印迹聚合物（MIP）、重组抗体和抗体模拟分子（适配体、affimer、affibody），介绍其基本原理、优缺点及在癌症检测中的应用。...
慢性炎症性疾病如癌症、糖尿病、中风、缺血性心脏病、神经退行性疾病和 COVID-19 近年来在全球造成大量死亡。准确检测慢性炎症疾病生物标志物可显著改善患者诊断、治疗和临床护理。石墨烯衍生物材料（GDMs），包括原始石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO），在生物传感和新型生物传感器器件开发中表现出巨大优势。GDM...
具有商业价值的酶（如脂肪酶、淀粉酶、漆酶、植酸酶、碳酸酐酶、果胶酶、麦芽糖酶、葡萄糖氧化酶等）具有多功能特性，已广泛应用于精细化工、环境、医药、化妆品、能源、食品、农业和营养保健品等领域。然而，生物催化剂在苛刻工业条件下常存在稳定性差、难以回收和重复使用等局限。将酶固定化可显著提高其操作稳定性、催化活性并便于重复使用。目前，功能化聚...
当前世界因新发新冠病毒的变异而处于严重担忧之中。随着疫情持续，迫切需要快速、准确的检测装置，以生物传感器和即时检测（POCT）形式检测新发SARS-CoV-2疫情。此外，个人防护工具、抗病毒表面、可穿戴设备和智能手机的快速发展，为随时随地简化自我诊断提供了可能。本综述首先简要介绍COVID-19的定义、传播、病理生理、识别与诊断、变...
脂多糖（LPS）或内毒素是革兰氏阴性菌外膜的重要成分，与脓毒症、感染性休克及多种临床和环境风险相关，其准确、特异检测对医疗、食品和水质安全至关重要。传统方法包括培养计数、鲎试剂（LAL）试验和酶联免疫吸附试验（ELISA），但存在灵敏度不足、耗时长、操作复杂或交叉反应等问题。本文综述了近年来用于LPS检测的纳米生物传感器，重点讨论光...
严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引发的2019冠状病毒病（COVID-19）具有强传染性和高致病性，其刺突蛋白与肺细胞表面血管紧张素转换酶2（ACE2）高亲和力结合，使快速、准确、低成本且便携的诊断工具成为疫情控制的关键。逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）虽为常用确诊方法，但依赖实验室、耗时长且操作复杂；胸部CT...
淀粉样蛋白β（Aβ）沉积发生在阿尔茨海默病（AD）早期，但Aβ的早期检测仍是持续挑战。本文报道了一种近红外光学纳米传感器，可在活细胞内和脑内原位检测Aβ。该传感器由单壁碳纳米管（SWCNTs）经Aβ功能化构成，Aβ–Aβ相互作用驱动传感响应。研究发现，Aβ纳米传感器通过调节纳米管近红外发射的溶剂化色移，选择性响应Aβ。该传感器可追踪...
气味结合蛋白（OBP）是一类存在于脊椎动物和昆虫中的小型可溶性蛋白，结构稳定并能结合多种气味分子。苯是 BTEX 类污染物中对人体危害最大的组分，环境中的苯监测通常依赖 GC-MS 等复杂、耗时且需专业人员操作的技术。本研究将猪源气味结合蛋白（pOBP）作为分子识别元件，构建低能耗阻抗生物传感器，用于户外和实时苯检测。金叉指电极经 ...
绝缘体上硅（SOI）纳米线/纳米带场效应晶体管（FET）生物传感器是实时、无标记、高灵敏检测多种生物颗粒的电子检测平台。在样品分析物浓度较低时，目标颗粒向传感元件的扩散输运是检测的主要限制之一。介电泳（DEP）操控生物颗粒是克服该限制的有效技术。本研究采用 TCAD 器件模拟，分析嵌入 DEP 电极的 SOI-FET 传感器中电场梯...
本文提出一种面向生物传感器应用的寄存器传输级（RTL）可综合卷积神经网络（CNN）架构。作者指出，基于 DNA 识别的生物传感器疾病检测具有现实需求，而传统人工智能生物传感器存在标注数据需求大、灵活性差、特征提取依赖逻辑与累加等局限。为此，论文设计了一种可配置、技术无关的 RTL CNN 硬件结构，采用并行乘累加（MAC）运算减少算...
生物颗粒检测在电泳、生物质来源识别、食品与水质安全等领域具有重要意义，需要能够描述生物颗粒电磁特性的可靠模型。本文针对大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的功能活动，分别采用分层椭球和分层球两种几何模型，基于Maxwell–Wagner界面极化理论和Maxwell–Garnett混合理论，对细胞培养液的有效...
生物传感器凭借其便携、低成本和操作简便等优势，正在快速推动医学诊断市场增长。糖尿病以体内葡萄糖水平升高为特征，已成为全球主要致死疾病之一；虽然目前尚无根治手段，但通过持续监测和规范用药可降低并发症风险。人体血液、汗液、尿液、组织间液、泪液、呼气和唾液中均可检测到葡萄糖或其相关代谢标志物，并与血糖水平存在一定相关性。近十年来，面向连续...
DNA四链体是由四条链组成的核酸构象，在人类基因组中广泛存在，并受到越来越多的工程化关注。本文综述了天然DNA四链体与人工DNA纳米结构在生物传感器构建中的交织应用，重点阐述其作为识别探针、信号探针、信号放大器和支撑平台的具体作用。作者利用Watson–Crick碱基配对的程序化以及DNA与其他分子的偶联方法，介绍了自20世纪80年...
多发性硬化（MS）是一种累及中枢神经系统的慢性脱髓鞘疾病，可导致进行性和永久性功能障碍，给患者带来显著身心负担。MS 治疗的每次进展都标志着神经学研究的重要进步。水凝胶具有高含水量、高可膨胀性和生物相容性，可作为支架改善体外 MS 相关细胞增殖，并促进体内治疗药物向细胞递送。水凝胶还可用作生物传感器检测 MS 相关蛋白。近期研究已将...
荧光生物传感器因可靠性和可重复性被广泛用于 DNA 检测，但 DNA 杂交动力学慢常导致检测时间长，限制实际应用。本文报道了基于水凝胶颗粒受限表面的快速 DNA 荧光检测方法。通过调控水凝胶颗粒的孔径和表面电荷，可将 DNA 分子限制在颗粒外层水层中。作者利用氧化石墨烯（GO）的荧光猝灭特性及其对单链 DNA 与双链 DNA 的不同...
碱性磷酸酶（ALP）是多种疾病诊断和治疗的重要生物标志物和治疗靶点。现有 ALP 检测方法常存在步骤繁琐、试剂昂贵、灵敏度不足和样品消耗大等问题。本文报道一种用于简单、超灵敏检测 ALP 的单分子荧光生物传感器。在该方法中，ALP 催化检测探针去磷酸化，使其免受 λ 外切酶介导的消化；剩余检测探针通过 toehold 介导 DNA ...
本文综述了发光型、表面等离子共振（SPR）型和碳基生物传感器在分子、疾病与污染检测中的最新进展。生物传感器凭借快速、特异、低反应时间和高输出等优势，可替代部分传统检测方法。文中讨论了生物化学发光、热化学发光、电化学发光及生物发光等发光传感机制，指出其在免疫分析中具有高灵敏度，可检测至阿托摩尔水平；SPR基于金属-介质界面折射率变化，...
自首个生物传感器问世约70年以来，生物传感器已成为疾病诊断、环境监测等多种应用中有价值且多功能的工具。传统上，由于抗体能够以高亲和力和高特异性结合靶标，大多数生物传感器采用抗体作为捕获探针，其仍被视为金标准。然而，由此形成的免疫传感器常存在明显局限，主要归因于抗体尺寸、偶联化学、稳定性和成本。近十年来，适配体作为有前景的替代捕获探针...
埋地雷的远距离检测可借助工程化微生物生物报告器实现：这类菌株在接触爆炸物特征化合物的痕量蒸气后，发出可远程探测的光学信号。此前报道的 2,4-二硝基甲苯（DNT）传感菌株通常将 DNT 诱导型启动子直接融合荧光蛋白基因或细菌生物发光基因盒。本研究采用不同策略，在大肠杆菌中利用 DNT 诱导启动子激活 Aliivibrio fisch...
随着生命科学、分子生物学、纳米技术、光学和电化学等交叉领域的发展，面向即时检测（POC）诊断的生物传感器设计策略不断涌现。与传统生物传感器相比，最新POC研究强调提高检测精度、降低成本、缩短检测时间，并发展可在单一器件中实现多靶标检测、快速诊断和高通量筛选的通用策略。本综述围绕2018—2021年POC识别与信号转换技术进展，重点介...