Expanded applications of bioluminescence microscopy with phasor analysis.
生物发光可用于体外和体内监测生物过程，但多种生物发光报告子发射谱重叠，同时检测困难。作者此前发展了生物发光相位分析，用于分辨光谱相近探针。本研究进一步表征多种常用荧光素酶报告子的相位输出，并将该方法扩展到组织等复杂环境中的多重混合分辨。作者将生物发光相位分析应用于多维模型中的成像生物传感器，发现生物发光输出的细微变化可被清晰分辨，使...
Intracellular Calcium Responses to External Calcium Stimuli in
细胞内钙离子（Ca2+）在信号转导、细胞运动与发育等过程中发挥关键作用。尽管细胞内钙动态研究广泛，但胞外钙如何调控胞内钙水平仍不清楚。本研究构建了表达钙生物传感器 GCaMP3 的盘基网柄菌特异性质粒，并在活细胞中实时可视化胞内钙波动。外源钙刺激下，营养期细胞胞内钙快速短暂升高，约 20 s 达峰；而具聚集能力细胞无此响应。Gβ 缺...
Self-Assembly of Microstructured Protein Coatings with Programmable Functionality for Fluorescent Biosensors.
蛋白质作为可遗传编程的功能性大分子，具有作为生物相容性自组装构筑单元的潜力。本研究展示了一种模块化、可遗传编程的蛋白涂层自组装方法，用于生物传感器应用。作者设计并制备了重组融合蛋白构筑块，通过热触发液-液相分离和正交高亲和卷曲螺旋相互作用，在玻璃或聚合物等多种基底上形成微结构涂层。将荧光蛋白引入涂层并控制蛋白密度，可在低资源条件下实...
Superhydrophobic Paper-Based Microfluidic Field-Effect Transistor Biosensor Functionalized with Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotube and DNAzyme for Hypocalcemia Diagnosis.
低血钙是奶牛产后血钙浓度骤降引起的营养代谢病，可引发多种疾病甚至死亡，亟需廉价、易操作且可靠的传感器进行诊断。纤维素纸基微流控场效应生物传感器（MFB）适合即时检测，但纤维素纸机械强度差、接触水溶液后寿命短。十八烷基三氯硅烷（OTS）可增强纤维素纸疏水性。本文利用OTS制备超疏水纤维素纸，提高MFB的机械强度与使用寿命，并构建基于半...
Electrochemical Biosensor Using Nitrogen-Doped Graphene/Au Nanoparticles/DNAzyme for Ca
本文提出一种用于检测钙离子（Ca2+）浓度的电化学生物传感器。该传感器以玻璃碳电极（GCE）为基底，依次修饰氮掺杂石墨烯（NGR）、金纳米颗粒（AuNPs）和DNAzyme。NGR可增大电极比表面积并提高导电性，AuNPs通过循环伏安法电沉积于NGR表面，进一步增强比表面积和DNAzyme吸附；巯基化DNA底物链（Sub）经S-Au...
Theoretical-experimental studies of calmodulin-peptide interactions at different calcium equivalents.
本研究利用 hCaM-M124C-mBBr 荧光生物传感器和分子动力学（MD）模拟，考察四种钙调蛋白（CaM）相关肽在不同钙当量下与 CaM 的相互作用。由于该生物传感器灵敏度高，作者根据每种肽在不同钙当量下的荧光滴定结果计算了五个解离常数（Kd），发现钙饱和度与 Calspermin、nNOS 和 skMLCK 肽亲和力呈正相关；...
DNAzyme-Amplified Electrochemical Biosensor Coupled with pH Meter for Ca
超过50%的多胎奶牛在泌乳初期难以适应产奶所需钙需求的突然增加，易发生低血钙。电化学生物传感器是检测钙离子浓度的便携高效方法，但生物识别材料易受样品pH影响。本文以玻璃碳电极（GCE）和单壁碳纳米管（SWNT）构建电化学生物传感器，通过改变DNAzyme的结构和长度放大阻抗信号。针对pH干扰，将GCE/SWNT/DNAzyme与pH...
Electrochemical device based on nonspecific DNAzyme for the high-accuracy determination of Ca
钙是生物体内含量丰富且不可或缺的元素，参与神经、骨骼和肌肉功能并维持神经肌肉兴奋性，但钙含量超标可能损害人体器官。为评价钙离子（Ca2+）水平，作者开发了一种基于非特异性 DNAzyme 的电化学生物传感器（FET/SWNTs/Cazyme），将场效应晶体管（FET）与单壁碳纳米管（SWNTs）的优势相结合，具有使用简便、灵敏度高和...
Mapping Calcium Dynamics in the Heart of Zebrafish Embryos with Ratiometric Genetically Encoded Calcium Indicators.
斑马鱼胚胎是研究心脏功能的低成本脊椎动物模型。许多荧光基因编码钙指示剂（GECI）已被开发，但比率型读出更适合成像心脏等运动器官。作者将四种基于肌钙蛋白C的比率型GECI——TN-XXL、Twitch-1、Twitch-2B和Twitch-4——瞬时表达于斑马鱼胚胎心脏，其发射比率可报告心房和心室的Ca2+水平。作者测量了Ca2+瞬...
Fluorescence Resonant Energy Transfer-Based Quantum Dot Sensor for the Detection of Calcium Ions.
本研究合成了一种用于检测钙离子的简单光学适配体传感器。该传感器采用半导体量子点（QD）与金纳米颗粒（AuNP）作为供体-猝灭体对，基于荧光共振能量转移（FRET）原理工作。钙离子结合后，DNA适配体发生构象变化，改变分别连接在适配体5′端和3′端的QD与AuNP之间的距离，从而导致QD发射被猝灭。在35 nM钙离子浓度下，传感器实现...
Illuminating the allosteric modulation of the calcium-sensing receptor.
许多膜受体受营养物质调控，但单一受体如何整合多种营养信号仍不清楚。钙敏感受体（CaSR）可被钙离子和多种氨基酸等调节，是维持细胞外钙稳态的关键 G 蛋白偶联受体。本研究开发了一种无细胞时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）构象型 CaSR 生物传感器，通过精确控制环境营养物浓度，解析受体激活伴随的主要构象变化。该体系显示，Ca2...
FRET Reporter Assays for cAMP and Calcium in a 96-well Format Using Genetically Encoded Biosensors Expressed in Living Cells.
G蛋白偶联受体（GPCR）受激素或神经递质刺激后，常引起胞浆环磷酸腺苷（cAMP）和钙离子（Ca2+）浓度改变，从而触发细胞反应。本文描述一种基于微孔板读板机的荧光共振能量转移（FRET）检测方法，利用基因编码生物传感器 H188 和 YC3.60，在单层或悬浮活细胞中实时监测 GPCR 激动剂处理后 cAMP 或 Ca2+ 浓度变...
Mechanism of TRPM2 channel gating revealed by cryo-EM.
瞬时受体电位 melastatin 2（TRPM2）是一种非选择性阳离子通道，开放后可介导钙离子（Ca2+）跨质膜内流及从溶酶体流出。TRPM2 最为人知的功能是作为活性氧（ROS）的生物传感器，介导机体对氧化应激的部分应答，因此参与免疫应答、胰岛素分泌、体温调节和神经元死亡等多种生理过程，也是糖尿病、炎症及神经退行性疾病等潜在治疗...
Two Decades of Genetically Encoded Biosensors Based on Förster Resonance Energy Transfer.
自基于绿色荧光蛋白（GFP）和Förster共振能量转移（FRET）原理的首个钙指示剂问世以来，已过去二十年。在此期间，研究者提出许多新想法以改进遗传编码FRET生物传感器，使其检测对象从小分子扩展到信号蛋白和理化性质。虽然“遗传编码”FRET生物传感器的优势在多种细胞系建立和若干转基因生物产生后变得明显，但通往这些发展的道路并不一...
Novel regulations of the angiotensin II receptor type 1 by calmodulin.
血管紧张素II 1型受体（AT1R）介导血管紧张素II（AngII）的钙依赖性作用，钙调蛋白（CaM）是细胞内钙信号关键转导分子。已知AT1R亚膜域3和4可与CaM结合，但结合位点、生化性质及功能意义尚不清楚。本研究采用FRET生物传感器筛选法，在AT1R亚膜域2（氨基酸125–141）发现新的CaM结合位点，并确认亚膜域3及亚膜域...
Calcium triggers reversal of calmodulin on nested anti-parallel sites in the IQ motif of the neuronal voltage-dependent sodium channel Na
电压门控钠通道家族中多个成员受钙调蛋白（CaM）和钙离子调节。神经元钠通道NaV1.2同时结合去钙（apo）CaM和钙饱和（(Ca2+)4-CaM）。作者测定大鼠NaV1.2 IQ基序（IQRAYRRYLLK）与apo CaM和(Ca2+)4-CaM的平衡解离常数，分别为约3 nM和85 nM，表明apo CaM结合优势约30倍。N...
Illuminating Photochemistry of an Excitation Ratiometric Fluorescent Protein Calcium Biosensor.
荧光蛋白（FP）生物传感器是追踪活体系统中金属离子运动的重要工具，但其光照后的工作原理仍不清楚。为支持生物传感器的理性设计，作者利用飞秒受激拉曼光谱（FSRS）在电子激发态解析了新型激发比率绿色荧光蛋白钙传感器 GEX-GECO1 的荧光调制机制。400 nm 光激发后，约 1180 和 1300 cm^-1 的特征振动标记带呈现同...
Tuning calcium biosensors with a single-site mutation: structural dynamics insights from femtosecond Raman spectroscopy.
荧光蛋白生物传感器是生命科学中常用的报告工具，但其基本工作机制仍不清楚。为在天然时间尺度上表征其功能荧光事件，作者采用波长可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），研究带有 Pro377Arg 单点突变的蓝-绿发射比率型荧光蛋白钙离子生物传感器 GEM-GECO1-P377R。400 nm 光激发后，嵌入发色团在约 1000–1650 cm...
Spectral Unmixing Plate Reader: High-Throughput, High-Precision FRET Assays in Living Cells.
我们开发了一种可在真实高通量筛选（HTS）条件下逐孔记录完整高质量荧光发射光谱的微孔板读数仪，整板384孔读取时间少于3分钟。该仪器特别适合基于荧光共振能量转移（FRET）的活细胞检测。在HEK293细胞中稳定表达并研究了两色SERCA（2CS）分子内FRET生物传感器，其绿色荧光蛋白（GFP）供体与红色荧光蛋白（RFP）受体位于对...
Engineering PQQ-glucose dehydrogenase into an allosteric electrochemical Ca(2+) sensor.
电化学生物传感器可将生物事件转换为电流。目前多数电化学生物传感器利用天然酶的活性。本文证明，将钙调蛋白（calmodulin, CaM）结构域插入氧化还原酶 PQQ-葡萄糖脱氢酶（PQQ-GDH）中，可构建一种选择性 Ca2+ 生物传感器，用于快速测定人体生物流体中的 Ca2+ 浓度。作者通过改造现有血糖仪，将其转变为 Ca2+ 监...