整合素传递的细胞力对止血和血栓形成中血小板黏附、激活、聚集和收缩至关重要。传统基于力-应变的细胞牵引力显微镜分辨率较低，不适合小尺寸血小板的亚微米力映射。为此，作者开发了一种力激活生物传感器——整合素张力传感器（ITS），可直接将分子张力转换为荧光信号，从而通过荧光成像直接实现细胞力映射。利用 ITS，作者以 0.4 µm 分辨率绘...
碳纳米结构具有独特的物理、化学和电学性质，因而受到科学家广泛关注，并已成功应用于传感、生物医学及生物学相关研究。本综述选择性分析了碳纳米结构生物应用领域的最新进展，重点详细评述碳纳米材料在生物传感和生物医学中的应用。文章首先讨论碳纳米结构的特殊结构、优异电子性质和电子传输特性；随后重点介绍碳材料在电化学中的进展，包括电化学传感、生物...
细胞内pH（pHi）变化在代谢、增殖和分化等细胞功能调控中发挥重要作用。传统上，pHi动态多在培养细胞中测定，但新工具使完整活组织中的pHi研究成为可能。在果蝇研究中，携带pHi生物传感器mCherry::pHluorin的转基因品系是关键进展。本文描述了一套常规用于活体果蝇卵巢小管成像的方法，用于测定野生型mCherry::pHl...
上皮损伤会迅速招募抗菌白细胞到伤口部位。在斑马鱼幼鱼中，伤口边缘上皮 NADPH 氧化酶 Duox 的激活是这一早期反应所必需的。损伤前白细胞位于血管区域，距伤口约 100–300 μm，而 Duox 如何向白细胞建立长程信号仍不清楚。作者假设 Duox 产生的细胞外过氧化氢（H2O2）可经组织扩散，直接调节这些细胞的趋化信号；但在...
营养信号整合并协调基因表达、代谢与生长，但其初级分子机制在植物和动物中仍不清楚。本文利用超灵敏钙离子生物传感器 GCaMP6 对拟南芥叶片和根部进行活细胞成像，发现硝酸盐可触发独特的胞质与细胞核 Ca2+ 动态信号。通过硝酸盐敏化的靶向功能基因组筛选，鉴定出 III 亚基钙依赖蛋白激酶（CPK）作为协调初级硝酸盐响应的主调控因子。作...
核糖开关是主要存在于细菌中的基因调控单元，能够响应小分子配体并改变基因表达。这类结构化 RNA 由适配体结构域和表达平台组成：前者高特异性、高亲和力结合目标配体，后者将配体结合事件转导为基因表达输出。近年来，研究者通过理性突变、结构引导设计、筛选与计算建模等方法，开发了可识别新型小分子诱导物的适配体结构域，并优化了表达平台，使其能与...
轴突退变是多种神经退行性疾病共同的病理机制。慢速瓦勒氏变性（WldS）突变导致中枢和周围神经系统轴突退变减少，为理解轴突自我破坏的氧化还原依赖机制提供了线索。本研究采用单轴突激光切断和时间序列成像，利用极性敏感 annexin 基生物传感器（annexin B12-Cys101,Cys260-N,N-二甲基-N-(碘乙酰胺基)-N'...
血红素是广泛存在的辅因子，但细胞如何维持其游离池以保证及时生物利用并减少氧化损伤仍不清楚。本文开发并系统表征了一种基于蛋白的荧光血红素传感器：该传感器在结合血红素时发生荧光淬灭。作者将该传感器遗传编码到人体疟原虫恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）中，从而在完整红细胞期寄生虫内定量胞质游离血红素水平。结果显示，在...
条带模式成像流式细胞术用于稀有细胞检测时，需用 CCD 相机以视频方式采集运动荧光标记细胞，细胞运动轨迹形成条带，其长度与曝光时间成正比。动态成像条件带来高背景噪声等检测难题，尤其在使用低分辨率网络摄像头或智能手机相机进行床旁检测（POCT）时难以准确计数。为此，作者提出一种“计算生物传感器”，将生物传感硬件与计算算法结合，对硬件捕...
GFP-水母素蛋白（GAP）是一类可定位于细胞内细胞器、用于测量钙离子浓度的遗传编码生物传感器。它既可通过水母素-海鳟素（coelenterazine, Cz）体系进行生物发光检测，也可利用GFP与apoaequorin之间的钙依赖性相互作用进行荧光检测。低亲和性变体GAP3适合在内质网（ER）和高尔基体（Golgi）中进行比率荧光...
全内反射荧光（TIRF）显微镜利用倏逝场实现薄光学切片，但宽场检测缺乏对离焦模糊的抑制机制，样品散射和远场激发会降低图像对比度。本文提出结构化照明TIRF（sTIRF）和结构化斜照明（sHILO）方法，通过粗干涉条纹填充宽场检测光学传递函数（OTF）的缺失锥，从而拒绝离焦光并保留宽场灵敏度。sTIRF 在临界角以上用两束倏逝场形成干...
线粒体通透性转换（mPT）孔开放概率与质子电化学梯度大小呈负相关，但赋予该孔电压敏感性的功能模块尚未明确。本研究利用钙离子载体calcimycin或H2O2诱导mPT，在人成纤维细胞（ANT1部分或完全缺失）及ANT1敲低的C2C12肌管中检测mPT的电压感知特性。通过原位线粒体体积测量（thinness ratio和cobalt-...
本文报道一种多用途技术平台μSCALE（微毛细管单细胞分析与激光提取），可对酵母或细菌表达的数百万蛋白变体进行大规模并行、定量生化与生物物理测量。该平台将单细胞空间分隔于微毛细管阵列中，支持重复成像、细胞生长和蛋白表达。作者利用多种荧光检测，包括结合亲和力测量和动态酶学检测，对细胞及其蛋白产物进行高通量分析。精确的激光提取方法可从微...
基于细胞的检测方法能够识别具有细胞通透性的激酶功能调节剂，为依赖纯化重组激酶催化域的传统酶活驱动药物发现提供替代策略。本文描述了一种基于结构域的高内容生物传感器方法，用于研究内源性表皮生长因子受体（EGFR）活性。该方法利用稳定表达绿色荧光蛋白标记的GRB2 Src同源2结构域（GFP-GRB2-SH2）的A549-EGFRB细胞，...
本章描述了用于筛选 p53–hDM2 蛋白-蛋白相互作用（PPI）破坏剂的 p53–hDM2 PPI 生物传感器（PPIB）高内容筛选（HCS）方法。作者构建了分别携带 p53–GFP 和 hDM2–RFP 融合蛋白的重组腺病毒表达载体。p53 的 N 端转录激活域包含 hDM2 结合位点，以 GFP 融合蛋白形式表达，并通过核定位...
活细胞成像显示钙离子（Ca2+）可在多种细胞器内进出，但酸性细胞器如内体的 Ca2+ 测量长期受技术限制。本研究将耐酸、比率型 Ca2+ 荧光生物传感器 GEM-GECO1 与比率型 pH 生物传感器 mKeima 结合，并借助 TiVAMP 将两者靶向 TiVAMP 阳性内体腔，用于测量胰腺 β 细胞中 Rab5a 和 Rab7 ...
本专题系列从细胞生物学视角讨论细胞信号转导，重点聚焦G蛋白。G蛋白偶联受体（GPCR，又称7次跨膜受体）通常位于细胞表面；激动剂结合后，受体在质膜胞质侧激活GTP结合G蛋白。越来越多证据表明，G蛋白还可被非受体结合伙伴激活，并可在非质膜区室中发挥信号作用。在多个空间不同位置产生第二信使，代表一种尚未充分研究的信号编码方式。系列第一篇...
生物传感器的可重复使用性与其探针分子的有效脱附密切相关。本文提出一种利用周期性二氧化碳（CO2）气溶胶（固体与气态CO2混合物）进行机械脱附的新型技术，以实现生物传感器表面的再生。作者以硅芯片为基底，分别通过聚乙烯亚胺（PEI）物理吸附和(3-缩水甘油醚氧基丙基)三甲氧基硅烷（GPTMS）/戊二醛（GA）共价结合方式固定荧光标记蛋白...
生物传感器可用于在体内监测多种蛋白行为，但新传感器的开发与表征往往耗时费力。在传感器设计过程中，需要评估不同结构对特异性、亮度和荧光响应的影响。本文描述一种在 96 孔板格式下使用自动化显微镜进行生物传感器验证的高通量方法。该方法将生物传感器与能够刺激或抑制其报告活性的上游蛋白共表达，从而确定传感器最大激活态与失活态之间的差异，并考...
蛋白激酶A（PKA）广泛存在于动物界，在神经系统中作为激酶效应器整合多种神经调质的细胞效应。近年来发展的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，如AKAR，使活细胞中PKA激活的直接测量成为可能：只需在CFP激发下测量CFP与YFP发射波长的荧光比值。该方法可在细胞甚至亚细胞水平提供秒级时间分辨率的数据，为理解时空信号整合开辟新途径...