近期纳米技术进展使等离激元光学传感器成为生物传感的有力工具。这类传感器利用电磁波与金属纳米结构的相互作用，实现生物分析物的快速、无标记检测。本研究提出并优化了一种基于纳米孔阵列和金属-绝缘体-半导体-金属（MISM）纳米环的等离激元光学生物传感器，用于检测多种病毒。该结构在银基底上集成金和银层，纳米孔与纳米环经几何优化以增强对周围介...
生物医学领域对皮安级电流检测的需求推动了生物传感技术持续发展。纳米孔传感作为新兴单分子检测平台，可通过分子与纳米孔相互作用产生的离子电流变化，实现DNA测序、蛋白质测序、手性分子识别以及非生物分子中重原子检测等应用。本文综述了生物纳米孔与固态纳米孔的结构、制备及传感特性，比较了二者在可重复性、稳定性、孔道工程化和规模化集成方面的优势...
本文提出用于生物传感器的高增益低噪声电流信号检测系统。当生物材料附着到生物传感器时，偏置电压下流过的电流发生变化，从而感知生物材料。针对需要偏置电压的生物传感器，采用电阻反馈跨阻放大器（TIA）。通过自制图形用户界面（GUI）实时绘制生物传感器电流值。即使偏置电压变化，模数转换器（ADC）输入电压不变，因此能准确稳定地绘制电流。针对...
多孔表面有望用于无标记电化学生物传感。作者通过在电极表面组装致密的非导电纳米颗粒层，直接在电极表面形成纳米孔。在该模型亲和生物传感器中，将白蛋白共价连接于40 nm聚苯乙烯纳米颗粒顶部，用以模拟分析物捕获，并导致纳米孔被阻塞。研究采用不同体相浓度的亚铁氰化钾/铁氰化钾氧化还原对，通过法拉第电化学阻抗谱和快速计时电流法进行探测。结果表...
本文报道一种光流控器件，利用光散射力和梯度力在具有300 nm厚薄膜的微通道中捕获颗粒。片上波导将光导入微流控捕获通道，辐射压力将颗粒推入凸起腔，使其与液流隔离。论文提出两种设计：正交力设计仅使用光散射力进行粒子操控；梯度力设计同时使用光散射力和光梯度力。作者对两种设计的捕获性能进行了建模，并给出典型工作条件下的捕获效率：正交力设计...
基于纳米孔的技术显著扩展了无标记单分子传感、核酸（DNA、RNA和蛋白质）测序及其他生物技术应用的工具库。目前，生物来源、固态制备、混合型以及新近化学合成的类离子通道等多种纳米孔，已被用于生物分子的快速单分子传感和诊断应用。在数百纳米尺度上，DNA纳米技术，尤其是DNA折纸器件，能够组装复杂且动态的三维纳米结构，包括尺寸和形状可精确...
电阻脉冲传感（RPS）是一种可从少量样品中逐个计数颗粒的分析方法，可监测颗粒大小、形状和电荷密度等物理特性；将 RPS 与生物传感结合用于检测病毒和细菌等生物颗粒具有吸引力。本研究探索了 RPS 上的生物传感方法。以贻贝黏附成分聚多巴胺（PD）作为基础材料构建传感表面。PD 可粘附贵金属、金属氧化物、半导体和聚合物等多种材料，因此是...
神经元细胞与生物材料界面是实现神经活动实时感知、传递和操控的关键，也是科学家长期追求并近期受到高度关注的研究方向。开发具有极高灵敏度和优异选择性的传感器以实时监测单活细胞中神经递质转运具有重要意义。电极法、光遗传和纳米线穿膜系统已用于监测神经活动，但其生物相容性仍具挑战。蛋白纳米孔具有膜相容性和孔道可调性，可为 DNA、RNA、肽和...
核酸纳米技术通过设计合成核酸链构建纳米级功能体系，其结构特性与构象多态性使其在生物传感中具有吸引力。本综述系统比较了分子信标（MB）和DNA折纸（DNA origami）两类核酸支架在生物传感中的最新进展。MB属于传统发夹茎环结构，通常两端标记荧光团和淬灭剂，靶序列与环区杂交后构象打开，引起荧光变化，可用于核酸、蛋白、金属离子和病原...
生物传感器是响应外部刺激的小型智能器件，已广泛用于临床诊断、健康管理和环境监测等领域，但目前仍迫切需要制备高灵敏、高稳定、高可靠的传感器。DNA折纸技术不仅能构建任意二维/三维形状，还能精确调控不同功能分子的排布。对DNA折纸纳米结构进行功能化，可弥补传统DNA生物传感器的不足。本文主要依据不同信号输出策略，综述基于DNA折纸纳米结...
气溶素蛋白孔已广泛用于肽和蛋白传感，但用于核酸检测的报道较少，主要挑战是长核酸（>10 碱基）捕获效率极低，严重限制基于气溶素的遗传生物传感器灵敏度。本文报道一种简单、易操作的非共价方法，通过远程 pH 调控将气溶素转变为对核酸高度敏感的纳米孔。只需将孔一侧溶液 pH 降低，气溶素即被“激活”，可从另一侧高效捕获目标 DNA/RNA...
本研究开发了一种孔径/孔面积可控的基于阳极氧化铝（AAO）纳米结构的光学生物传感器。随着AAO孔径增大，其晶胞尺寸增大，非孔面积增加，从而可固定更多抗体。AAO表面抗体数量的增加使抗原-抗体结合引起更大的表面折射率变化，有利于痕量抗原检测。该传感器通过局域表面等离子共振（LSPR）现象放大两束垂直入射反射波形成的干涉波，实现高灵敏度...
电化学生物传感是一类可用于在简单和复杂介质中捕获与检测生物分子的技术集合。虽然仪器与技术条件对检测能力很重要，但界面设计同样关键，且受自然启发的界面常能取得最佳效果。本综述重点介绍与生物体系定向电化学分析相关的近期材料设计、识别方案和方法进展，包括用肽、蛋白、核酸和脂质膜功能化电极的设计，以及纳米颗粒介导的信号放大机制。文章还讨论联...
组装生物相容纳米结构以保留酶活性并提高生物催化能力是提升酶生物传感器性能的关键因素。然而，目前仍缺乏对生物传感器电极与酶界面处物理化学相互作用机制的分子水平理解。本文首次在分子水平上，利用分子动力学模拟分析了两种具有不同电学性质和形貌的经典生物传感器电极材料以及葡萄糖氧化酶（GOD）对保留酶构象的影响。首先，针对 GOD 固定化，研...
本文综述了基于微纳结构的寡核苷酸检测与定量技术。此类器件具有体积小、坚固便携、可与现代CMOS电子兼容并易于集成到手持设备中、适合大规模生产等优点，因此相比其他寡核苷酸检测方法更适于商业化，并有望用于即时医疗（POC）或现场检测（OST）。文章讨论了微纳结构传感器的优势，并系统介绍了迄今发展的多种寡核苷酸检测技术，包括体声波（BAW...
近年来，纳米孔因能以无标记方式在亚飞摩尔水平检测生物分子，成为极具前景的单分子传感器。开发高通量纳米孔生物传感器需要对多个纳米孔进行并行测量，但电学检测要求每个纳米孔电路相互独立，需要复杂微流控和嵌入式电极。本文提出一种光学方法，可同时测量固态纳米孔阵列中各孔的离子电流，且无需额外加工步骤。原理实验表明，利用该阵列可同时光学检测并表...
人类基因组序列识别对解析分子、细胞和组织水平异常至关重要，但现有方法耗时、昂贵且费力。为发展高通量、低成本测序系统，天然与合成纳米孔被广泛研究。本文采用结构已在原子水平阐明的电压门控OmpF孔蛋白纳米通道，通过电压钳制技术识别并区分多核苷酸引物。结果显示，poly(T)在正负两种极性下均可偶发阻塞通道，而poly(C)和poly(G...
传统光学捕获依赖强聚焦光束，对小于衍射极限的颗粒需要过高激光功率，易造成热损伤。利用纳米等离子体结构增强局域场可在不提高功率的情况下捕获小分子，但此前未见单个 DNA 分子的捕获报道。本文报道在玻璃基底上沉积 5 nm Ti 粘附层和 100 nm Au 膜，并用聚焦离子束制备 400 nm 纳米孔，构建纳米等离子体光捕获器件。将 ...
实验证据表明，在纳米孔生物传感器件中施加盐浓度梯度可提升检测性能。为解释该现象并揭示其机制，本文对连接两个大储液池的带电固态纳米孔中的毛细渗透（扩散渗透）进行理论建模。采用耦合Poisson–Nernst–Planck与Stokes方程的连续介质模型，数值考察纳米孔长度、半径、表面电荷以及两侧KCl平均浓度和浓度比对双电层重叠、双电...
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...