生物体通过大量嗅觉受体感知环境中的气味分子。为模拟该嗅觉机制，本研究利用表达昆虫嗅觉受体且具有非线性响应特性的多种细胞基气味传感器构成传感器阵列，探索气味分子浓度的定量方法。该系统采用主动感知方法，通过比较目标气味与已知制备气味的响应，确定目标气味的相对浓度。将主动感知与实时参考法结合，即在每次测量制备气味前重新测量目标气味，即使传...
基于单个荧光蛋白荧光强度变构调控的强度型基因编码生物传感器，是成像神经活动及其他细胞生化事件的重要工具。其典型代表是 GCaMP 系列钙离子生物传感器，过去二十年间持续改进，已成为神经科学不可或缺的工具。然而，尚无其他生物传感器在性能或特定学科中的革命性影响上达到钙离子传感器水平。造成这一局面的关键原因之一，是对生物传感器结构与机制...
线粒体通过微管马达、肌动蛋白骨架和适配蛋白在细胞内运输，其定位支持局部ATP、Ca2+和活性氧（ROS，即H2O2）水平。此前发现敲除线粒体适配蛋白Miro1使线粒体聚集于核周，损害周边能量状态。本研究报道，Miro1缺失将亚细胞H2O2限制在核周，并影响细胞对线粒体ROS升高的应答。利用遗传编码H2O2响应荧光生物传感器HyPer...
植物激素在植物生长、发育、生理过程及环境适应中发挥关键作用，其信号网络高度复杂且相互交织。因此，不仅需要了解激素的产生部位、运输方式以及感知机制，还需要以理想上的非侵入方式定量监测其在组织与细胞中的分布和动态变化。本文系统总结了当前可用于定量和可视化植物激素分布与动态的多种工具，包括转录报告系统、基于蛋白降解的传感器、荧光素酶报告系...
机械力在细胞迁移、分化和组织形态发生中起关键作用，但在活体系统中以高空间分辨率、低扰动方式直接测量应变仍具挑战。本文制备、校准并测试了一种基于纤连蛋白（fibronectin, FN）的纳米机械生物传感器（nanomechanical biosensor, NMBS），可贴附于细胞和组织表面，测量从亚细胞到组织尺度应变的大小、方向和...
肠类器官是胃肠病学基础与转化研究的新兴工具，但目前培养主要依赖Matrigel等肿瘤来源支架，存在致瘤风险；传统组织切片和荧光染色难以实时监测其三维动态生长。本综述总结了用于肠类器官培养的明确成分水凝胶支架研究进展，并归纳支架设计的关键参数，包括RGD黏附序列、适宜刚度和层粘连蛋白-111等生物信号。此外，按pH、电解质和功能蛋白等...
快速、灵敏且准确的细菌载量即时检测（POCT）有助于预防病原菌感染并控制其传播，但现有设备难以在原始样品中检测极低浓度细菌。本文提出一种“卡盒计数”（count-on-a-cartridge, COC）平台，用于定量检测食源性病原菌金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）。该系统由磁性浓缩器...
Corn是一种荧光RNA适配体，可形成高亲和力准对称同源二聚体；其二聚体界面结合DFHO后产生高度光稳定的黄色荧光。由于光漂白会限制RNA小分子生物传感器的定量准确性，Corn的光稳定性使其适用于此类传感器。本文提出将组成型Corn二聚体转化为小分子调控荧光生物传感器的策略，用于在体外和活细胞中检测S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。作者将...
睡眠在进化上保守，研究线虫等简单无脊椎动物可在单细胞水平揭示睡眠机制。跨物种保守的睡眠调控通路涉及环磷酸腺苷（cAMP），它作为第二信使激活蛋白激酶A。线虫在环境损伤引起的细胞应激后出现应激诱导睡眠（SIS），是研究疾病相关睡眠的模型，且由简单神经回路控制，便于解析睡眠中的 cAMP 信号。作者利用红光激活的腺苷酸环化酶 IlaC2...
表面等离子共振（SPR）生物传感器是一种高灵敏度光学技术，通过检测传感界面折射率变化实现实时分析。荧光检测利用物质吸收光后发射的特征光，根据吸收与发射参数判断特定分子的存在及含量。SPR与荧光分析均可用于实时检测，但SPR对低分子量物质检测受限，荧光定量能力不足。本文设计并开发了一种SPR与荧光同步检测系统。SPR模块基于角度扫描和...
RNA适配体及基于适配体的RNA装置可遗传编码并在细胞内表达，用于探测和操控细胞功能，但在哺乳动物细胞中因表达量低、降解快而应用受限。本文报道Tornado（Twister-optimized RNA for durable overexpression）表达系统，通过快速RNA环化获得高稳定性与高表达水平的RNA适配体。Torna...
细胞穿透肽（CPPs）作为将报告分子和药物递送至完整细胞的方法受到广泛关注。尽管已有大量研究鉴定新的CPP序列，但其在单细胞水平的摄取效率仍知之甚少。本研究利用液滴微流控捕获阵列对单细胞完整细胞群体中的CPP摄取进行表征。该微流控器件可在787个顶部捕获微孔阵列中便捷、快速地分离并分析单细胞荧光，液滴捕获效率>99%。在HeLa细胞...
脑组织在受到刺激时能量代谢增强，但不同代谢环节变化并不一致。刺激后局部脑血流和葡萄糖摄取迅速增加，而氧摄取增加较小，提示糖酵解速率暂时超过氧化代谢，伴随乳酸生成增加。本迷你综述围绕长期争议——刺激诱导的有氧糖酵解究竟发生在神经元还是星形胶质细胞——进行评述，并将近期在急性脑片和活体动物中利用生物传感器测量神经元代谢变化的研究置于其他...
本文报道了一类基于聚集诱导发光（AIE）策略即时检测活细菌的荧光传感分子。作者合成了含多个四苯乙烯（TPE）核心苯硼酸单元的 AIE 探针 TriPE-3BA 和 TPE-4BA。这些探针通过苯硼酸与细菌表面多糖/肽聚糖上的顺式二醇或羟基发生可逆结合，使周围苯环旋转受限并形成聚集态，从而产生蓝色 AIE 荧光。含两个苯硼酸单元的 T...
人工脂质膜因结构与细胞膜相似且组成易于调控，是新型生物传感平台的理想候选。自由支撑结构有利于膜蛋白重构，但传统二维平面脂质双分子层存在稳定性差、面积小和溶剂残留等问题。本文在透明SU-8微孔阵列上无有机溶剂地均匀制备了三维自由支撑脂质双分子层（3D FLB）阵列。通过小单囊泡选择性沉积、冷冻干燥、微通道水化和交流电场电形成，利用微孔...
阿片受体（ORs）在内源阿片肽激活下可精确调节行为，但被非肽阿片药物激活时易产生病理效应。传统观点认为受体激活主要发生在质膜，但药物与肽在靶神经元中的细胞差异仍不清楚。本文开发了一种遗传编码的构象生物传感器 OR sensor，其核心为特异性识别激活构态 μ/δ 阿片受体的纳米抗体 Nb33，并与 EGFP 或 pmApple 荧光...
心房利钠肽（nppa/anf）与脑利钠肽（nppb/bnp）构成基因簇，在发育心脏的心房和心室心肌中表达。尽管表达受限，其心脏发育功能此前因功能冗余及顺式基因组位置而难以通过突变分析证明。本研究利用基因组编辑分别构建 nppa 和 nppb 突变体：单突变体与野生型无明显差异，而 nppa/nppb 双突变体出现心脏形态发生缺陷和心...
来自当归根的香豆素决明素（decursin）和决明素天使酸酯（decursinol angelate）具有多种生物功能。本文显示，这些化合物处理可促进 HaCaT 人角质形成细胞的伤口愈合。在不超过阈值浓度时，decursin、decursinol angelate、两者混合物以及由这些化合物制备的纳米乳剂均可增加伤口愈合；而较高浓...
针对环境病原菌入侵引发的宿主免疫应答复杂且动态，传统琼脂平板方法难以在单只动物水平实现可控感染与长期实时监测。本研究提出一种集成微流控装置与线虫生物传感器，用于在活体秀丽隐杆线虫（C. elegans）中研究动态免疫反应及抗生素干扰。芯片由双层聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控结构组成，下层设置多个独立线虫培养腔、装载通道和树状细菌/...
雌激素在多种发育过程中发挥基本作用，暴露于雌激素模拟化学物质与野生动物和人类人群中的多种不良健康效应相关。环境中雌激素样化学物质常以混合物形式存在并可产生加性效应，但风险评估通常针对单一化学物质，且很少考虑动物的暴露历史。本研究构建了一种新型转基因斑马鱼模型 ERE-Kaede-Casper，该模型在皮肤色素缺失突变背景下携带可光转...