基于纳米孔的 DNA 测序可在紧凑移动平台中实现实时分子诊断，但碱基识别（basecalling）将原始纳米孔电流信号转换为核苷酸序列的过程计算复杂，功耗高。深度学习碱基识别器精度高，但需要大量计算资源，不适合便携式生物传感器。本文提出一种嵌入式硬件-软件框架，在定制 64 位 RISC-V 核上实现基于 Viterbi 的隐马尔可...
多能细胞通过接收外部信号、做出命运决定并执行分化功能而特化为多种细胞类型，这一范式类似计算机算法。尽管生物传感器设计进展使细胞能响应多种刺激，但维持细胞经历合成记忆并据此指导行为的能力仍难以实现。本文开发了一种基于重组酶逐步基因表达程序（STEPs）模拟“for-loop”计数到三的细胞记忆驱动行为系统。STEPs 被基因组整合到人...
纳米孔生物传感器开发与测序应用已取得显著进展，克服了此前限制其广泛应用的瓶颈。这些创新与牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technologies, ONT）对生物纳米孔测序的大规模商业化相结合，使该平台成为当代研究实验室的重要工具。纳米孔测序仪能够提供长读长和短读长信息，具有快速周转和简单样品制备的优点，正在快速推进...
近年来，纳米孔技术在生命科学与生物医学研究中日益重要。该技术通过在薄膜中嵌入纳米级孔道并测量电化学信号，可用于研究核酸及其他生物大分子。牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technology, ONT）是纳米孔技术最成功的应用之一，标志着第四代基因测序技术的开端。本综述系统介绍了纳米孔基因测序的工作原理与信号处理技术，...
植物病害的早期检测对防止或限制病原扩散、减少经济损失至关重要。传统实验室检测耗时长、成本高且依赖专业人员，在发展中国家尤难普及。近年来，核酸方法在人类/动物健康、食品安全和水分析等领域已证明适合开发检测工具，并越来越多用于植物病原检测。本综述系统分析近年来用于即时检测（POC）植物病原检测与鉴定的核酸方案，涵盖样品前处理/核酸提取、...
固态纳米孔因可在单分子水平高灵敏检测核酸和蛋白质，被视为下一代DNA测序工具和单分子生物传感器平台。与蛋白纳米孔相比，固态纳米孔具有可加工性好、器件稳健、孔径尺寸灵活可调等优势，但空间和时间分辨率仍不足以直接用于DNA测序。本文首先总结固态纳米孔的基本原理，重点阐述电阻脉冲传感机制：在跨膜偏压下，带电生物分子逐个通过纳米孔并部分阻断...
纳米孔可作为检测单链/双链DNA及DNA-蛋白复合物等生物纳米材料的传感器。为提高单分子灵敏度，需要控制生物分子在孔内的运动。本研究针对双链DNA（dsDNA），通过分子动力学模拟考察电偏置金属膜中固态纳米孔内DNA的构象涨落。模拟显示，在正偏压下DNA热涨落明显降低，负偏压仅带来可忽略的稳定作用；正偏压的稳定源于带负电DNA骨架与...