全细胞生物传感器具有简单、快速、低成本检测重金属的潜力，但基因电路构建模式对其性能的影响长期缺乏系统研究。本研究首次构建并比较了铅和汞检测的反馈耦合、非耦合和半耦合三种基本基因电路模型，探讨解耦传感电路拓扑对报告信号的影响。结果表明，非耦合模型对铅（50 nM）和汞（1 nM）具有更高灵敏度，而反馈耦合电路对汞具有更宽检测范围（10...
全细胞生物传感器为重金属检测提供了简便方法，但以往设计主要模拟细菌重金属抗性系统，缺乏理性设计理论。本研究提出基于MerR家族传感器蛋白（SP）的金属检测电路设计策略。利用热力学模型设计一系列组成型启动子，调控cadR、pbrR、cueR和merR等SP表达水平，并以相应传感器蛋白结合启动子（SPBP）驱动eGFP报告基因。结果表明...
铬是世卫组织按公共卫生重要性排名的五大毒性重金属之一，天然存在形式为Cr(III)，人为来源主要为Cr(VI)。美国环保署规定饮用水中总溶解铬最大污染水平为10−6 M，即0.1 mg/L或100 ppb。为监测饮用水是否低于安全阈值，本文报道了一种基于场效应晶体管（FET）的传感器设计，将高目标特异性离子选择性膜（ISM）与扩展栅...
基于微生物细胞的全细胞生物传感器通常依赖应激响应操纵子，用于监测环境污染物。与传统仪器分析相比，生物传感器更便捷、成本更低，但可检测目标受限于有限的遗传操纵子系统。本研究提出一种新策略，通过工程化增强绿色荧光蛋白（eGFP）克服该限制。已知 split-eGFP 的两个片段可重新结合形成天然荧光结构，因此作者在 eGFP 的 β-链...
电活性生物膜（EABs）可作为安培生物传感器用于环境或生物过程监测，例如原位检测毒性化合物。以往研究几乎集中于异养阳极 EABs，其需要较高有机负荷和无氧条件才能维持稳定基线电流。相反，电自养氧还原 EABs 被提出用于监测含氧且贫或无有机底物溶液中的毒性冲击，但此前仅在最优培养基中以甲醛为模型化合物。本文表明，氧还原 EABs 可...
重组DNA技术已用于开发多种全细胞生物传感器，以检测包括重金属离子在内的环境污染物。全细胞生物传感器具有培养简便、成本低、可多重检测且无需特殊分析技术等优点。在合成生物学时代，前沿DNA测序和基因合成技术加速了细胞基传感器的发展。本文综述全细胞重金属生物传感器的当前技术进展，包括合成生物学元件（生物部件）、传感与报告模块、遗传电路和...
本文以柠檬酸(CA)和乙二胺(EDA)为前驱体，通过简便水热法合成氮掺杂碳点(N-CDs)。所得N-CDs表面富含羟基、羧基和氨基等功能基团，在350 nm激发下呈现蓝色荧光。随后采用木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)一步生物合成法将N-CDs锚定于细菌纤维素(BC)中，制备BC/N-CDs复合膜。通过数...
双组分调控系统（TCRS）通过偶联感知与调控机制介导细胞响应。TCRS 由组氨酸激酶（HK）和响应调节子（RR）组成：HK 作为传感器识别环境信号，并通过自磷酸化将磷酸基团转移至 RR；磷酸化的 RR 结合启动子，调控效应基因表达。基于这一特性，细菌 TCRS 可被工程化改造，用于构建面向不同应用的微生物系统。本综述聚焦 TCRS ...
本文报道了一种基于固定在金纳米棒（GNRs）上的对虾碱性磷酸酶（PM ALP）用于重金属检测的生物传感器方法。PM ALP 通过离子交换和疏水相互作用固定化在 GNRs 表面。固定化 PM ALP 水解对硝基苯磷酸酯（p-NPP）的最适 pH 和温度分别为 11.0 和 60 °C。动力学研究符合 Michaelis–Menten ...
本文以石墨烯作为二维原子晶体及其独特电子性质为切入点，综述了过去五年中石墨烯及其衍生材料用于定制或制造丝网印刷电化学（生物）传感器的研究进展。作者指出，纳米材料、印刷技术与微流控在电化学分析中的应用推动了“电化学分析文艺复兴”，而石墨烯因可低成本制备、易分散于多种基质，成为大规模生产电化学平台的前沿纳米材料。文章系统总结了滴涂、丝网...
DNA酶（DNAzyme）因其在金属离子辅助下切割底物的独特功能，已被广泛研究作为生物传感器，但基于金纳米颗粒的视觉检测报道较少。本文通过滚环扩增（RCA）合成了约1 μm的DNAzyme微颗粒（DzMP），无需其他材料即可用于Pb2+检测。随后，将底物链标记两种不同荧光基团（6-羧基荧光素6-FAM和Cy5），以可视化DzMP并监...
银是常见重金属，其检测具有重要分析意义。DNAzyme 是一类 DNA 催化剂，通常依赖二价或三价金属离子实现催化。本文报道了一种经六轮体外选择获得的银特异性 RNA 切割 DNAzyme，命名为 Ag10c。在 pH 7.5、200 mM NaNO3 条件下，10 μM Ag+ 时 Ag10c 的催化速率为 0.41 min−1；...
氧化石墨烯（GO）作为DNA吸附和生物传感器开发平台备受关注。多数研究采用荧光标记DNA的简单物理吸附，而共价传感器更不易受非特异性探针置换影响，可减少假阳性结果。本研究将三种不同长度的富胸腺嘧啶DNA探针在3′端修饰氨基，用于与GO共价偶联；每条探针内部均标记荧光团，使Hg2+结合后荧光团与GO表面距离显著增大，从而实现荧光信号。...
细菌光-氧-电压（LOV）感光受体来源的黄素单核苷酸（FMN）基荧光蛋白是一类有前景的荧光蛋白，可用于多种生物医学与生物技术应用。其发色团成熟不依赖氧气，使该蛋白在厌氧应用中优于 GFP 和 DsRed 等荧光蛋白。本文通过测量蛋白荧光发射随金属离子浓度的变化，评估了含 FMN 的荧光蛋白 FbFP 作为金属传感探针的可行性。研究展...
本文报道了一种基于家用电子切割打印机和覆膜工艺快速制备全塑料一次性碳基电化学电池（DCell）的方法。利用切割打印机在粘胶乙烯基膜上制作三电极模板，将其贴附于聚酯薄膜后进行碳墨丝网印刷，再刷涂Ag/AgCl墨形成伪参比电极，最后用覆膜袋热压定义电极几何面积并绝缘。未修饰DCell用于水样中镉和铅的检测，线性范围为100–300 ng...
金属离子的检测与形态分析对环境监测非常重要。本文开发了一种基于 DNAzyme-CdSe 纳米复合物的新型电化学生物传感器，用于检测镍(II)。首先将捕获探针 DNA1 与 DNA2 依次杂交固定于金电极表面，然后通过共价组装将 CdSe 量子点（QDs）引入 DNA2 的特异性识别端。当体系中加入镍离子时，固定化 DNAzyme ...
全细胞微生物生物传感器为重金属的快速、现场检测提供了替代手段。该类传感器以微生物为基底，通过设计和构建基因回路，使细胞在接触重金属离子时产生定性或定量的输出信号。早期设计多集中于单输入构建体，而多路复用系统的发展使传感器设计更加灵活。然而，重金属对微生物底盘的毒性以及重金属响应启动子元件特异性不足，限制了其从实验室走向现场实用化。采...
本研究开发了一种新型 Pt/PANI-co-PDTDA/HRP 生物传感器系统，用于环境应用中特定重金属的抑制研究，并为动力学研究和环境样品检测提供数据。新构建的传感器与已广泛研究的 Pt/PANI/HRP 传感器进行比较，并优化了工作 pH 等实验条件。通过测量过氧化氢的电流响应验证了该安培酶传感器系统的功能，随后建立了在 Cd2...
本文报道了基于酪氨酸酶和葡萄糖氧化酶（GOx）失活的计时安培生物传感器，用于监测三价铬（Cr(III)）和六价铬（Cr(VI)）。酪氨酸酶通过交联法固定在掺有四硫富瓦烯（TTF）电子转移介质的丝网印刷碳电极（SPCE）上；TTF/SPCE对邻苯二酚的响应可被Cr(III)抑制，而Cr(VI)无影响，从而选择性测定Cr(III)，检出...
本文报道了一种基于DNAzyme诱导催化反应的MRI生物传感器，用于灵敏、特异检测铅离子（Pb2+）。该传感器以羧基修饰的Fe3O4磁性纳米颗粒（MNPs）为MRI对比剂，通过EDC/NHS偶联氨基修饰寡核苷酸S1和S2；Pb2+特异性DNAzyme 8-17由酶链17E和含rA切割位点的底物链Sub组成，Sub两端额外碱基与MNP...