电化学生物传感器具有制备简便、易微型化和可调谐等优点。在电化学核酸生物传感器中，常将单链DNA探针插入金表面自组装单分子层（SAM）以检测互补靶序列。由于实验分辨率不足，探针在表面上的非均匀分布及其对杂交的影响难以直接研究。本文采用全原子布朗动力学模拟，研究单链DNA靶标在极性、非极性和阴离子SAM上与ssDNA探针的杂交过程，考察...
植物、藻类和蓝细菌的光合反应由光系统I（PSI）和光系统II（PSII）驱动，二者可特异性还原或氧化伴侣氧化还原生物分子。光合复合物还能结合合成有机分子，抑制其光活性，因此可用于研究电子传递链，也可作为除草剂和杀藻剂。已有大量工作基于PSII开发光传感器，以检测结合质体醌位点的化合物；相比之下，PSI基传感器研究较少，却可用于识别具...
生物传感器的运行要求传感表面既对目标分析物具有高特异性，又能最大限度减少生物流体中其他组分造成的污损。本文进一步研究了硫代磺酸基连接子，用于在二氧化硅等羟基化表面上构建稳健、耐用的自组装单分子层（SAMs）。这些 SAMs 可在水相条件下，以单一、直接、可靠且无需偶联的方式，化学选择性地固定含硫探针，用于分析物检测。作者将该界面应用...
电化学阻抗谱（EIS）是一种高灵敏度分析技术，广泛用于电化学检测目标分析物。核酸（适配体）因序列特异性和分子识别能力，已被大量用于电化学生物传感器开发。尽管基于核酸的EIS传感器具有优异灵敏度，其信号保真度往往取决于电极-溶液界面的物理化学性质。然而，核酸自组装单分子层（SAM）在重复伏安和阻抗分析中的稳定性很少受到重视。本研究系统...
重力换能器通过质量变化产生信号，可用于构建气体传感器或生物传感器。本章以气味结合蛋白（odorant binding proteins, OBPs）作为识别元件，针对小分子挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）建立传感方法。所述方法将重组 OBP 固定于经功能化活化的自组装单分子层（se...
淀粉样蛋白β（Aβ）1-42是阿尔茨海默病患者脑内老年斑的主要成分，检测Aβ对预测患者认知能力下降具有重要意义。本文开发了一种无探针电容式生物传感器，用于非法拉第检测Aβ1-42肽。该传感器将特异性抗Aβ抗体固定于自组装单分子层（SAM）功能化的互指链状电极（ICE）上，形成抗Aβ/SAM/ICE结构。与以往使用[Fe(CN)6]3...
针对新冠疫情下快速准确病毒检测的迫切需求，本文报道了一种适用于病毒检测的电化学平台技术，并以完整麻疹病毒为演示对象。尽管麻疹疫苗广泛可用，2019年初麻疹感染病例仍大幅增加，而现有诊断方法通常需要1小时以上。作者首次展示了可在数分钟内检测麻疹病毒且无需预处理的生物传感器。该传感器以金电极为基底，表面构建含抗麻疹抗体的自组装单分子层，...
细胞色素bd氧化酶催化细菌呼吸链中氧还原为水，是电催化研究和生物传感器应用的潜在靶标。该酶为高度疏水的整合膜蛋白，几乎完全嵌入磷脂双分子层，因此其结构保持和直接电化学研究具有挑战。本研究系统考察了硫醇修饰金纳米粒子表面电荷、硫醇链长以及磷脂含量和类型等关键参数，以阐明这些因素对膜蛋白与电极界面相互作用和直接电子转移的影响。结果表明，...
硫醇自组装单分子层（SAMs）通常用于在金表面锚定作为生物传感器识别元件的生物分子。本文提出在生物素化混合 SAM 中设计并合成 N-(2-羟乙基)-3-巯基丙酰胺（NMPA），作为替代策略，以取代由商品化硫醇溶液制备 SAM 后进行原位多步功能化。研究比较了由 3-巯基丙酸（3MPA）与 11-巯基十一烷酸（11MUA）10:1 ...
实时蛋白质传感，尤其用于可穿戴设备，仍是重大挑战，因为需要将结合事件转换为与所选分析仪器兼容的可测信号。阻抗谱可通过测量静电相互作用或电子转移反应实现实时检测，并易于微型化以集成到可穿戴形态。为建立更稳健的阻抗传感器优化方法，需要更多基础研究探索影响传感器设计与实施的因素。本研究结合光学与电化学表征，验证阻抗传感器性能随以下因素变化...
Klotho基因表达变化与慢性肾病相关，其作为早期生物标志物的潜力正在研究。本文首次报道一种用于检测Klotho基因的电化学生物传感器平台。该传感器以丝网印刷金电极为基底，采用自组装混合单分子层（SAMs）固定DNA探针，并通过三明治杂交格式检测Klotho基因mRNA部分区域对应的100碱基DNA片段。作者利用循环伏安法和电化学阻...
电化学适配体（E-AB）传感器可在未处理生物流体中对特定分子靶标进行高精度测量，其秒级或更快的测量频率已支持活体动物药代动力学的实时监测。然而，E-AB传感器在持续电化学探测下生物电子界面会退化，表现为法拉第电流下降和充电电流上升，使体内寿命最多约12小时，远短于多数药物在人体中的消除半衰期。因此需要开发能长期抵抗生物流体中持续电化...
基于乙酰胆碱酯酶（AChE）的电化学生物传感器因简单、快速、可靠且成本低，被用于有机磷和氨基甲酸酯农药检测。AChE 在电极表面的生物活性及直接电子转移（DET）速率决定传感器性能，带电表面对其检测能力影响显著。本研究采用平行退火蒙特卡洛（PTMC）和全原子分子动力学（AAMD）模拟，考察加州电鳗 AChE（TcAChE）在带相反电...
循环肿瘤细胞（CTCs）在血液中的检测对癌症早期诊断具有重要意义，但 CTCs 在血样中极为稀少，检测困难。本文针对微流控生物传感器中 MCF-7 乳腺癌细胞的富集与检测，系统比较了不同金表面修饰策略。研究在金表面构建烷硫醇自组装单分子层（SAMs），并分别采用 EDC/NHS 共价交联和链霉亲和素—生物素亲和作用固定抗 EpCAM...
DNA甲基化参与头颈部鳞状细胞癌发生，可用于癌症早期检测。本文开发了一种基因传感器，用于检测头颈癌细胞系中MGMT基因的DNA甲基化。将MGMT启动子甲基化探针固定于用11-巯基十二烷酸(11-MUA)自组装单分子层(SAM)修饰的金电极上，采用电化学阻抗谱(EIS)进行检测，可清晰区分甲基化与非甲基化DNA。该传感器灵敏度高，检出...
电化学生物传感器因电化学方法灵敏度高、生物识别元件选择性好，已广泛用于病原生物标志物检测、医学诊断与临床分析。然而，临床样品中含有蛋白质、细胞、多糖和脂质等多种生物污物，其复杂基质会严重影响传感器在直接检测或浸没于变化条件时的可靠性与稳定性。因此，设计能够有效降低非特异性结合、在优化分析中维持生物传感器性能的抗污传感平台十分必要。本...
蛋白酶是多种疾病状态的重要生物标志物，其失调与癌症进展等过程密切相关。近年来，基于肽的电化学生物传感器因灵敏度高、响应快、易于微型化而受到关注，但传统大尺寸电极限制了性能。本文报道了一种基于25 μm直径铂（Pt）微电极的微型化电化学生物传感器，用于检测胰蛋白酶（trypsin）活性，并通过建立等效Pt宏电极响应进行基准比较，考察蛋...
催产素（oxytocin, OT）是一种对 Zn2+ 和 Cu2+ 均具有较高亲和力的肽类激素，因此可作为监测生物流体中必需金属离子水平的识别层。然而，天然 OT 无法区分 Cu2+ 与 Zn2+，难以在 Cu2+ 存在下选择性检测 Zn2+。本研究通过理论计算阐明了 OT 末端氨基对 Cu2+ 亲和力的贡献，发现末端氨基参与 Cu...
基于表面等离子共振（SPR）的无标记小分子检测面临信号放大挑战。本文比较了自组装单分子层（SAM）金芯片与负载金纳米颗粒（AuNPs）金芯片用于黄曲霉毒素B1（AFB1）检测。SAM金芯片经EDC-NHS交联剂活化、蛋白A（Protein-A）接枝及抗AFB1抗体固定；另一芯片将功能化硫辛酸AuNPs沉积于SAM金芯片，再经EDC-...
双酚A（BPA）是一种内分泌干扰物，可能引起生殖障碍、心脏病和糖尿病，婴幼儿和儿童更易受其影响。目前BPA检测方法操作复杂且需要昂贵仪器，因此开发一种简单、快速、高灵敏的方法在不同样品中检测BPA非常重要。本研究设计了一种基于有效自组装单分子层（SAM）和交流电动力学（AC electrokinetics, ACEK）电容传感方法的...