植物中的电信号和钙信号是长距离信息传递的基本载体，与活性氧（ROS）波共同参与细胞间信号传导，传递非生物胁迫、病原侵染或机械损伤等刺激信息。目前尚不清楚 ROS 能否在模式苔藓 Physcomitrella 中诱发电信号或钙信号，以及二者关系。本文表明，外源施加过氧化氢（H2O2）可诱发电信号，表现为膜电位的长距离变化，并在刺激后迅...
本研究提出一种基于非线性介电谱（NLDS）的 SARS-CoV-2 检测方法，用于在拭子样本中检测病毒存在。该方法将已知交流电流注入病毒转运培养基（VTM）中的样本悬液，并记录电极间电压信号的功率谱；以三次谐波作为病毒存在的生物标志物。计算建模表明，病毒包膜上具有非线性电流–电压特性的离子通道（E 蛋白/3a 蛋白）可能是谐波产生的...
瞬时受体电位 melastatin 2（TRPM2）是一种非选择性阳离子通道，开放后可介导钙离子（Ca2+）跨质膜内流及从溶酶体流出。TRPM2 最为人知的功能是作为活性氧（ROS）的生物传感器，介导机体对氧化应激的部分应答，因此参与免疫应答、胰岛素分泌、体温调节和神经元死亡等多种生理过程，也是糖尿病、炎症及神经退行性疾病等潜在治疗...
本研究设计、制备并表征了双电层（EDL）门控 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）生物传感器阵列，用于研究细胞跨膜电位变化。该平台可在生理盐浓度下检测并计数结直肠癌循环肿瘤细胞（CTCs），同时研究细胞生物电信号，无需复杂自动化或样品预处理。实验发现，传感器响应可跟随被捕获细胞的跨膜电位变化，因此可作为全细胞传感平台动...
人工脂质双分子层或黑色脂质膜（BLM）是研究离子通道、蛋白相互作用及生物传感应用的有力工具。然而，传统BLM制备技术存在成功率低、膜形成时间不一致等缺点，且常需专门技能和繁琐操作。本文展示了一种可储存、可运输的BLM形成系统，通过以聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜替代传统聚四氟乙烯、聚甲醛、聚苯乙烯薄膜，实现可控的变薄时间和更高的BL...
本文提出一种基于离子通道孔模块设计钙离子生物纳米传感器的策略。作者以绿藻病毒 PBCV-1 编码的小型钾通道 Kcv 作为稳定孔模块，将其与钙结合蛋白钙调蛋白（CaM）及 CaM 相互作用肽 M13 融合，构建嵌合通道。该传感器在非洲爪蟾卵母细胞中表达，利用两电极电压钳记录全细胞电流。当钙离子载体 ionomycin 升高胞内 Ca...
开发下一代跨膜蛋白生物传感器高度依赖黑脂质膜（BLM）；然而 BLM 的电学、机械和时间不稳定性是传感开发的关键限制。本研究将微米级玻璃微孔用不同链长和含氟组成的硅烷修饰，包括 3-氰丙基二甲基氯硅烷（CPDCS）、乙基二甲基氯硅烷（EDCS）、正辛基二甲基氯硅烷（ODCS）、十三氟-1,1,2,2-四氢辛基二甲基氯硅烷（PFDCS...
本文阐述了将不同类别蛋白质集成到微系统中的挑战，并提出一种用于异质蛋白质生物传感器的电化学生物传感器阵列策略。文章识别了生物界面形成、电化学表征和微系统制造所施加的重叠需求与限制，并介绍了一种平面电极阵列，利用介电基底上的薄膜金和银/氯化银电极协同解决这些需求。通过分子自组装，电极被两种不同蛋白的纳米结构修饰：碱金属离子通道蛋白和醇...
碳纳米管为开发高灵敏度分子检测器提供了新途径，已有基于纳米管的传感器达到10^-11 M检出限。本文提出一种生物传感器设计，由嵌入氮化硅或其他膜中的功能化碳纳米管孔、氟富勒烯—Fab片段偶联物以及表面修饰互补Fab片段的聚合物微球组成。分子动力学和随机动力学模拟表明，(9,9)外氢化碳纳米管的导电能力比离子通道开关ICSTM生物传感...
分子生物传感器是检测金属离子等潜在有毒化学物质的有用工具，但传统传感器在混合金属基质中效率受限。本研究采用合成生物学方法，将不同遗传元件组装到同一生物砖中，构建可在大肠杆菌中检测特定金属的微生物生物传感器。遗传元件包括同步的核糖体开关–铁离子通道、启动子、金属结合蛋白（Fe、Pb）、核糖体结合位点、黄色荧光报告蛋白（YFRP）和终止...
为实现离子通道活性的功能分析，在硅基底上通过破裂巨单层囊泡形成悬置于微孔上方的人工脂质双分子层。钙离子指示剂fluo-4被脂质双分子层密封封闭在微孔内；微孔口形成的悬挑结构可防止脂质膜落入孔内，从而实现荧光探针的稳定封闭。将α-溶血素插入脂质膜形成通道后，通过监测微孔内fluo-4的荧光强度变化，分析Ca2+经通道的跨膜输运。微孔体...
本文分析了锚定双分子膜（tethered bilayer membranes, tBLMs）的电化学阻抗谱（EIS），并推导了含天然或人工引入缺陷的膜谱响应的解析解。结果表明，单个膜缺陷的 EIS 特征不能用常规电路元件建模，主要原因是磷脂层与固体支持物之间膜下离子储层的阻抗具有复杂分布式参数特性。对于径向对称缺陷，其 EIS 响应...
人工脂质双分子层是研究离子通道及构建工程化生物传感器的重要平台，但传统方法制备的双分子层脆弱、寿命短，且单通道测量依赖专业操作，限制了实际应用。本文报道一种可储存的液滴界面脂质双分子层前体：将含脂质和离子通道的水相液滴与有机相一起快速冷冻，解冻后水相液滴在重力作用下落入水/有机界面，自发形成液滴界面双分子层（DIB）。该方法制备的膜...
tethered 双分子脂质膜（tBLM）是一种仿生膜结构，可在不使膜蛋白失活的前提下将其固定于电极表面，用于药物筛选、医学诊断、离子通道生物物理研究以及膜-纳米颗粒相互作用分析。传统上，tBLM 生物界面因界面寄生参数影响，通常采用 1 mHz 至 1 Hz 范围的电化学阻抗谱（EIS）进行表征，测量速度慢，难以满足高通量应用。本...
许多离子通道蛋白具有毒素和药物结合位点，可作为高通量技术与生物传感器中的传感元件。测量离子通道电导变化需要稳健且寿命足够的生物膜。传统平面双层脂质膜（BLM）直径100–300 μm，通常只含少于十几个通道，而细胞药物筛选需记录多个离子通道电流。本文提出一种简单方法，利用水合聚四氟乙烯（PTFE，特氟龙）滤膜（孔径5 μm，滤膜直径...
本文报道了用于研究固定在固体支撑上的人工膜和天然膜中细胞信号反应的最新电学与光学方法。第一部分描述在金电极上构建平面人工脂质双层，该双层通过含硫脂共价锚定，可呈现吉欧级膜电阻，并用于插入和表征离子型受体。此类固定膜适合通过阻抗谱记录少数甚至单个离子通道，在微电极阵列上可形成机械稳健、长期稳定的测量装置，用于探测不同化学环境对生物重要...