土壤和沉积物中的重金属（HM）污染对生态系统和人类健康构成重大风险。全细胞生物报告器（WCB）技术能够替代传统检测手段，快速评估污染物的生物可利用性。其中，开启型 WCB 通过测量暴露于污染物后产生的生物发光或荧光来量化污染物生物可利用性，在定量检测方面可达到与传统方法相当的准确性。然而，在土壤和沉积物样品中，固体颗粒对光学信号的散...
Gaussia 荧光素酶（GLuc）是一种广泛使用的分泌型荧光素酶报告蛋白，常用于细胞报告实验。本研究基于多种桡足类荧光素酶序列比对，采用序列引导突变策略，鉴定出可显著增强生物发光（BL）强度的关键氨基酸。在大肠杆菌中表达的突变蛋白中，M60L、K88Q、F89Y、I90L 和 S103T 五个单点突变在 coelenterazin...
自纸基分析装置作为潜在诊断平台被提出以来，研究者围绕即时检测（POC）需求开展了大量工作，尤其是将化学发光（CL）免疫分析适配到纸基格式。纸基技术成本低、操作简便、样品和试剂用量少，结合CL/生物发光（BL）的高灵敏度、宽线性范围和无需外部光源的特点，有望用于现场检测。然而，相关科学产出尚未转化为日常生活中的广泛应用。本文综述了纸基...
Cupriavidus metallidurans（金属铜绿菌），尤其是模式菌株 CH34，已成为研究细菌金属抗性的模式生物。尽管当前各类组学与分子技术可不断细化、深化并拓展对金属适应与抗性机制的认识，但在 1976 年该菌最初被分离时，这些技术尚不可用。本迷你综述回顾 C. metallidurans 研究的早期历程与遗留工具，重...
荧光报告基因和生物传感器已成为生物与生物医学研究的重要工具，但荧光测量需要外部激发光，限制了其在厚组织和活体动物中的应用。生物发光报告基因和生物传感器利用酶催化的放热生化反应产生激发态发射体，无需外部激发，可在暗背景上获得高灵敏度，并减少光毒性和自发荧光干扰。本综述首先介绍生物发光报告基因的发展，包括荧光素酶-荧光素体系、底物类似物...
本综述系列第一部分以日本案例为主，介绍了当前水环境状况，并讨论了面向实际水环境进一步开发微生物生物传感器技术的必要性。本文系统总结了约2010年以来面向水环境的微生物生物传感器发展趋势。在第一部分中，作者在简要回顾历史研究的基础上，介绍了微生物生物传感器原理的最新研究。在第二部分中，作者介绍了这些微生物生物传感器技术在水环境中的应用...
生物传感器是活跃的研究领域，有望发展出低成本、快速、高灵敏、可重复且微型化的生物分析器件，其利用生物特异性结合分子的高亲和力和选择性，并结合高灵敏检测原理。在光学生物传感器中，基于化学发光检测（包括化学发光、生物发光、电化学发光和热化学发光）的传感器尤其具有吸引力，因其信噪比高且所需测量设备简单。已有多种基于化学发光的生物传感器被报...
生物发光是生物体产生的光，细菌生物发光是野生型或基因工程菌产生的冷光。由于合成生物学、微生物学、毒理学和生物物理学的交叉，基于细菌生物发光的全细胞生物传感器被设计并广泛用于生态毒理、食品毒性和环境污染检测。本章首先从光学谱角度介绍生物发光背景，随后介绍用于细菌生物发光检测的各种物理平台，包括光电倍增管（PMT）、电荷耦合器件（CCD...
本综述总结了光纤化学传感器（FOCS）与光纤生物传感器（FOBS）的工作原理及当前发展阶段。光纤传感器（FOS）利用光纤（OF）在紫外（180 nm）至中红外（10 µm）波段导光的能力，并通过光纤纤芯周围环境的物理、化学或生物参数对导光的调制实现检测。将光纤引入传感系统可带来在易燃易爆环境中测量、抗电磁干扰、微型化、几何柔性、小体...
海绵是生物活性小分子的重要来源。本文以海洋海绵 Leucetta chagosensis 的粗提物为对象，筛选群体感应抑制剂（QSI），并分离得到三种新生物碱 isonaamine D、di-isonaamidine A 和 leucettamine D，以及已知化合物 isonaamine A 和 isonaamidine A。利...
生物污水处理工艺依赖微生物降解有机物并去除营养盐，易受进水中毒性物质影响而运行失稳。本文综述了用于好氧与厌氧污水处理的毒性测量方法，包括基于耗氧率（OUR）的呼吸抑制试验、CO2释放试验、硝化/反硝化抑制试验、基于甲烷产量的厌氧毒性试验（ATA）、ATP发光、脱氢酶活性、细胞生长/存活、菌胶团形态等直接方法，以及生物发光、全细胞生物...
本综述阐述生物发光酶毒性生物测定的一般原理，并描述这些方法在生态、医疗、工业和环境领域的应用及其在商业生物传感器中的实现。文中提出生物发光酶系统技术（BEST），以细菌偶联酶系统 NADH:FMN-氧化还原酶-荧光素酶替代活体生物，用于快速、低成本地构建酶学毒性检测系统。为推广 BEST，作者开发多组分试剂 Enzymolum，将细...
群体感应（QS）是细菌利用自身合成的信号分子（自诱导物）进行细胞间通讯的一种特殊模式。QS 调控的细菌特征包括毒力、生物膜形成、孢子形成、遗传感受态和生物发光等。除自诱导物多样的信号功能外，这些信号分子还具有非信号功能，如抗菌活性和金属螯合能力，使其成为潜在的抗菌剂和金属螯合剂。此外，QS 信号拮抗也被证明是阻断病原性疾病的一种有前...
细菌荧光素酶基因盒（lux）在生物发光生物报告系统中具有独特性，因为它能够合成和/或获取发光所需的全部底物。因此，lux 系统可在多种宿主中自主产生发光信号，既可持续发光，也可在特定触发物存在时响应发光。最初，lux 被广泛用作细菌生物报告系统，用于检测环境样品中的特定化学信号；过去30年来，其应用不断扩展，包括在酿酒酵母等真核细胞...
细胞和组织基生物传感器由基因工程蛋白构成，可在体外导入细胞，或在体内导入组织细胞。它们基于生物光子学或其他物理原理，使研究者能够连续、无创地感知激素、药物或毒素的浓度变化，并有望在实验动物整个生命周期中应用。本文综述细胞和组织基生物传感器的研究进展，讨论其在衰老研究中的潜在价值。文中给出近期开发的生物传感器实例，包括检测细胞因子肿瘤...
微生物生物传感器具有体积小、可便携、成本低、操作简便等优点，适合用于环境污染物的原位监测。其核心策略是将可剂量响应于目标化学物质或生理信号的调控基因与报告基因融合，使目标物诱导报告基因表达并产生可测信号；通过改造调控基因或效应结合位点，可进一步扩展目标范围并提高灵敏度。近年来，基因工程微生物生物传感器已被用于便携式检测试剂盒、芯片细...
为监测和处理土壤与水体中的化学污染物，环境科学与工程领域需要快速、连续、原位测定污染物浓度。传统气相或液相色谱法准确但复杂、耗时、昂贵且需样品前处理，难以用于现场。生物传感器将生物组分与换能器耦合，将分析物与生物组分相互作用转化为可处理信号。本文聚焦光致发光（photoluminescence, PL）型生物传感器，先回顾荧光与磷光...
两类海绵（动物界多孔动物门）具有由骨针组成的硅质骨骼。此前对六放海绵大型骨针（>5 cm）的光纤-力学性能研究表明，它们是有效的光收集光纤。本文报道，海绵Suberites domuncula具有由有机发光酶荧光素酶（luciferase）和无机光传导二氧化硅骨针（silica spicules）组成的生物传感器系统。作者证明了该海...
海肾荧光素酶（RLUC）是基因表达检测和体内生物传感器应用中的多功能工具，但其催化机制尚未阐明。RLUC 与 α/β 水解酶家族相关，最近同源物为细菌脱卤酶，因此具有水解酶折叠的蛋白质如何作为脱羧加氧酶发挥作用成为关键问题。本研究以 coelenterazine 对 RLUC 同源模型和晶体结构进行分子对接，提出功能残基假说，并通过...