DNA Origami in the Quest for Membrane Piercing.
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...
Control of subunit stoichiometry in single-chain MspA nanopores.
跨膜蛋白通道可实现单分子快速高灵敏检测。工程化耻垢分枝杆菌 MspA 纳米孔与马达酶结合已实现 DNA 纳米孔测序。MspA 为八聚体孔蛋白，因通道几何有利而电流水平高于其他孔蛋白，也是唯一有公开 DNA 测序记录的蛋白纳米孔。然而，DNA-马达-孔复合物的随机事件以及每个位置最多五个核苷酸对信号的贡献，导致碱基识别错误。若能在不同...
Biochemistry strategies for label-free optical sensor biofunctionalization: advances towards real applicability.
无标记生物传感器，尤其是基于等离子体或硅光子系统的光学换能器，有望成为快速、高灵敏临床诊断、现场环境监测以及食品与工业质量控制的重要替代技术。然而，多数生物传感器技术尚未转化为商业产品，其中关键瓶颈之一是缺乏标准化的传感器生物功能化方案。本综述总结了传感器表面化学修饰与生物受体固定化的常用方法，并从分析灵敏度、选择性、重现性和通用性...
Interaction of amphiphilic lipoarabinomannan with host carrier lipoproteins in tuberculosis patients: Implications for blood-based diagnostics.
脂阿拉伯甘露聚糖（LAM）是结核分枝杆菌细胞壁的两亲性脂聚糖，也是结核诊断靶标。既往研究提示LAM可与宿主血清脂蛋白结合，影响诊断检测。作者开发两种血清两亲物检测方法：脂蛋白捕获法和膜插入法。前者通过捕获宿主脂蛋白，利用其与病原两亲性标志物的天然结合“浓缩”LAM；后者不依赖该结合，直接基于LAM与支持脂质膜结合的热力学倾向进行捕获...
Electrochemical Biosensors Based on Membrane-Bound Enzymes in Biomimetic Configurations.
自然界中许多酶通过疏水亚基或脂质链附着或插入细胞膜。将其在电极表面重构并保持天然结构特征，可优化膜结合酶的电催化活性与稳定性。本文综述了用于在电极上构建仿生膜的主要策略，包括疏水化合物自组装单分子层、磷脂双分子层以及脂质体沉积等，并讨论了膜结合酶在支持型、锚定型和漂浮型脂质双分子层中的重构方法。文章进一步总结了这些仿生电极在电化学生...
Nanofluidic Biosensor Created by Bonding Patterned Model Cell Membrane and Silicone Elastomer with Silica Nanoparticles.
在含有多种共存分子的溶液中实现特定分子的选择性高灵敏检测，对生物医学诊断和环境污染物检测具有重要意义。本文报道了一种纳米流体生物传感器，利用表面修饰的二氧化硅纳米颗粒作为粘合层，将图案化模型细胞膜与聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性体片结合，从而在流体脂质双分子层与 PDMS 之间形成厚度可控的纳米间隙连接。由于二氧化硅纳米颗粒尺寸均一...
DNA Oligonucleotide-Functionalized Liposomes: Bioconjugate Chemistry, Biointerfaces, and Applications.
将 DNA 与脂质体界面化，已产生多种可编程软材料、器件和药物递送载体。通过调控脂质体组成，可系统改变双分子层流动性、脂质域形成和表面电荷。DNA 研究不仅发展出复杂纳米结构，还赋予配体结合与催化等新功能。对非阳离子脂质体而言，DNA 通常通过共价连接疏水或脂质基团而插入脂质膜。本文讨论 DNA 与非阳离子脂质体之间形成的基本生物界...
On-chip membrane protein cell-free expression enables development of a direct binding assay: A curious case of potassium channel KcsA-Kv1.3.
整合膜蛋白在药物发现中至关重要，但其表达、纯化和体外稳定仍极具挑战。无细胞转录-翻译系统为复杂蛋白生产提供了替代方案，却因翻译后折叠不当而难以用于整合膜蛋白。本文以嵌合钾通道 KcsA-Kv1.3（K-K）为模型，研究影响无细胞表达膜蛋白体外折叠的关键因素，包括脂质和去垢剂等人工双分子层环境。研究发现，将超折叠绿色荧光蛋白（sfGF...
Membrane protein-based biosensors.
膜蛋白是生物膜的核心功能组分，在嗅觉、味觉等环境刺激识别中起关键作用，其对目标分子的高特异性显著优于传统人工传感器。本综述系统介绍利用膜蛋白功能构建生物传感器的最新进展，并将现有体系分为脂质双分子层平台和细胞平台。在脂质双分子层平台中，膜蛋白被嵌入磷脂双分子层，作为生物分子与传感器件之间的桥梁；其中生物纳米孔被广泛用作传感元件，通过...
Molecular mechanisms of action of sphingomyelin-specific pore-forming toxin, lysenin.
lysenin（鞘磷脂特异性成孔毒素）是一种来源于蚯蚓的毒素，能特异性结合鞘磷脂（SM），并在富含 SM 的膜域上寡聚化，通过形成跨膜孔诱导细胞死亡。本综述主要基于原子力显微镜（AFM）数据，讨论 lysenin 在含 SM 膜上的组装机制。AFM 结果显示，在 SM/胆固醇膜上，lysenin 寡聚体通过快速侧向重排形成六角密堆积...
Polydopamine Coating To Stabilize a Free-Standing Lipid Bilayer for Channel Sensing.
研究膜通道功能的常用方法是将其插入自由站立脂质双分子层并记录跨膜离子电导。脂质双分子层的绝缘性与单通道导电性差异，可灵敏检测离子沿通道路径的微小变化，使膜通道有望作为无标记分子传感器，DNA测序是代表性应用。然而自由站立双分子层不稳定，限制了生物传感器应用。本文报道在氧化剂存在下用多巴胺沉积聚多巴胺(PDA)涂层以稳定自由站立脂质双...
Liposomes and lipid bilayers in biosensors.
用于快速、特异、灵敏检测分析物的生物传感器在医疗、药物发现、食品安全和环境监测中发挥重要作用。尽管已开发多种传感概念和器件，但获得廉价、易用、可靠传感器平台的长期挑战仍未完全解决。纳米材料为提高检测灵敏度和检出限至单分子水平提供了可能。本综述概述脂质体和脂质双分子层在生物传感中的应用。球形脂质体或二维平面膜形式的脂质组装体已广泛用于...
Functionalized Vesicles by Microfluidic Device.
近年来，脂质囊泡成为构建生物传感器的常用载体。囊泡可在选择性半透膜内容纳反应组分，为膜蛋白生物传感元件提供理想环境；脂质双分子层可使蛋白保持天然结构与功能，膜流动性允许构象变化及与目标分析物的生理相互作用。本文提出两种在微流控装置中制备巨型单层囊泡（GUV）的方法，可作为生物传感器基础。囊泡由水/油/水（W/O/W）双乳液模板制备，...
Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film.
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...
Fluid and Resistive Tethered Lipid Membranes on Nanoporous Substrates.
细胞膜具有区室化、信号转导和营养运输等重要功能。支撑脂质膜可模拟细胞膜，是研究膜性质的常用模型，但蛋白质和脂质与固体基底相互作用常导致变性。本文报道了在经去合金化制备的纳米孔金属薄膜上形成完整锚定脂质膜。作者采用Au–Si共沉积薄膜，通过两步HF去合金化显著降低表面缺陷密度，获得孔结构更均匀、无坑裂的纳米孔金膜。将含POPC、DPP...
High-throughput impedance spectroscopy biosensor array chip.
阻抗谱是表征具有频率依赖行为的材料的有效工具。本文报道了一种全集成多通道阻抗谱提取电路芯片，可在宽频率范围内产生交流激励信号，并对阻抗响应的实部和虚部进行测量与数字化。电路采用0.5 μm CMOS工艺制造，面向细胞膜界面表征，信号发生器可产生10 mHz至10 kHz的正弦波；阻抗提取电路提供100 pA至100 nA可编程电流测...
Peroxidase immobilized on phospholipid bilayers supported on Au (111) by DTT self-assembled monolayers: application to dopamine determination.
本研究将辣根过氧化物酶（HRP）固定化在由二硫苏糖醇（DTT）自组装单分子层支撑于Au(111)表面的二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）脂质双分子层上，并将其用作纳米结构电化学生物传感器以检测多巴胺。作者采用原子力显微镜（AFM）表征磷脂双分子层形貌和HRP固定化状态，发现酶吸附在脂质双分子层外表面；虽然未直接测量表面电荷，但结合实验...
A molecular machine biosensor: construction, predictive models and experimental studies.
本文描述了一种作为高灵敏度生物传感器运行的分子机器的构建、运行与预测建模。嵌入自组装tethered脂质双分子层中的短杆菌肽A（gA）离子通道作为生物开关，响应目标分子，并提供信号放大机制，从而实现高灵敏度分子检测。该生物传感器可用作快速、灵敏的即时诊断装置，适用于人血清、血浆和全血等不同基质，无需酶联免疫吸附试验所需的前处理和后处...
Specific DNA duplex formation at an artificial lipid bilayer: towards a new DNA biosensor technology.
本文报道了一种面向新型DNA生物传感器技术的早期实验方法。作者将两种5′端带有双尾脂质修饰的寡核苷酸探针分别插入由POPE/POPC（8:2，w/w）组成的人工脂质双分子层中，该双分子层位于光学透明微流控样品载体的cis和trans通道之间。两个通道均充满生理缓冲液。向cis通道注入用Cy5标记的目标DNA序列后，若该序列仅与其中一...
Ca2+ ion transport through channels formed by α-hemolysin analyzed using a microwell array on a Si substrate.
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...