激酶转位报告基因（KTRs）是单细胞测量时间积分激酶活性的有力工具，但动态范围受限、灵敏度有限，尤其在神经元中。为克服这些局限，我们通过（i）增大 KTR 尺寸，减少 KTR 通过核孔扩散的干扰；（ii）调节其激酶传感器结构域中双组分核定位信号（bNLS）强度，确保 KTR 在核与胞质间的相对分布由主动核输入、主动核输出及其对应激酶...
光纤光度法能够消除深部脑刺激（DBS）记录中的电刺激伪迹，为神经活动研究提供新手段。然而，DBS 诱发的神经元钙离子（Ca2+）变化与电生理信号之间的关系仍不清楚。本研究展示了一种自组装光电极，使其既能作为 DBS 刺激器，又能作为光学生物传感器，同步记录 Ca2+ 荧光和电生理信号。体内实验前，估计激活组织体积（VTA），并用蒙特...
近红外（NIR）基因编码钙指示剂（GECI）正成为神经科学研究中的有力工具。由于其光谱特性，NIR GECI 可避免哺乳动物组织中色素吸收、光散射和自荧光造成的信号损失，并且在与常用荧光指示剂及光遗传学执行器联用时不易产生交叉激发伪影。尽管已有多种 NIR GECI，但目前尚无一种能同时具备细胞内高亮度、良好光稳定性、小分子尺寸和快...
体内心脏功能模型可保留心肌细胞与其他心脏细胞之间的复杂关系，以及旁分泌和机械电反馈机制。本研究旨在在斑马鱼幼鱼跳动的心脏中同时成像钙瞬变与心脏收缩。作者构建了表达 FRET 基比率型生物传感器 Twitch-4 的转基因斑马鱼品系 Tg(myl7:Twitch-4)。由于发射比率可抵消运动伪影，实验未使用肌球蛋白抑制剂或 tnnt2...
FRET 可在原位探测分子结合，但多个 FRET 对同时测量常受供体与受体荧光团光谱带宽限制。本文提出利用供体荧光团的光致变色区分光谱重叠的 FRET 对，即使相关荧光团的吸收和发射光谱几乎相同。作者建立了该方法的理论框架，并通过数值模拟验证其可行性。为应用该系统，作者开发了用于 cAMP 依赖性蛋白激酶 A（PKA）的光致变色生物...
基于绿色荧光蛋白（GFP）的基因编码钙离子指示剂（GECI）是成像细胞信号与神经活动的有力工具。经过近二十年持续优化，基于水母绿色荧光蛋白（avGFP）的GCaMP系列最新一代（GCaMP7）可能已接近GFP固有性能极限。为继续提升GECI性能，作者以高亮单体绿色荧光蛋白mNeonGreen（mNG）为骨架，通过理性设计、连接肽优化...
荧光生物光度测量需要宽动态范围和高灵敏度，因为微小荧光变化常淹没在噪声与组织高背景自荧光中，亟需兼具高线性、高灵敏和高能效的小型探测器。本文提出一种新型生物光度传感器，将低噪声传感前端与二阶连续时间ΣΔ调制器（CTSDM）合并为单一模块，以实现高灵敏、高能效的光传感。具体而言，差分CMOS光电探测器与基于差分电容跨阻放大器（DCTI...