环磷酸腺苷（cAMP）是重要的第二信使，胞内 cAMP 水平定量是 G 蛋白偶联受体（GPCR）研究的关键。Gs 或 Gi 偶联 GPCR 激活腺苷酸环化酶（AC）后，分别升高或降低胞内 cAMP。本文建立了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的实时 cAMP 高通量筛选（HTS）检测法，用于在活细胞中鉴定和表征 Gs...
近期报道的荧光生物传感器平台利用单链抗体片段（scFv）选择性结合并激活原本无荧光的荧光素分子。本研究将串联 scFv 生物传感器展示于哺乳动物细胞表面，以推进荧光检测策略。作者首先筛选不同肽连接子，发现柔性连接子或 α-螺旋连接子连接的串联蛋白可正确折叠并展示于细胞表面。随后进行 scFv 二聚体组合研究，发现荧光激活与 scFv...
双酚A（BPA）是聚碳酸酯和环氧树脂生产中的重要工业化学品，也广泛存在于食品包装、餐具及环境水样中，具有内分泌干扰风险。本文基于氧化石墨烯（GO）和抗BPA适配体构建了一种新型荧光生物传感器，用于一步法检测BPA。GO具有大比表面积和强荧光猝灭能力，可特异性吸附并猝灭荧光标记单链DNA探针的荧光；当BPA与抗BPA适配体结合后，适配...
本文报道了一种基于Förster共振能量转移（FRET）的超灵敏、特异性生物传感系统，用于检测肌酸（sarcosine，Sar）这一前列腺癌潜在生物标志物。该FRET生物传感器将抗肌酸抗体固定在顺磁性纳米颗粒表面，以实现抗原的特异性结合。肌酸成功结合后，由抗肌酸抗体组装成三明治结构，使FRET供体-受体对保持在所需的Förster距...
本文研究了氧化石墨烯（GO）与具有不同主链和侧链结构的共轭聚电解质（CPEs）之间的相互作用，并通过 CPEs 的荧光猝灭机制发现，CPEs 的电荷和分子结构对 GO–CPEs 相互作用起重要作用，其中静电作用、π–π 作用和阳离子–π 键是主要驱动力。基于对 GO–CPEs 杂化体系的理解，作者选用阳离子型 CPE P2 构建了一...
多种环境刺激可通过蛋白水解切割诱导细胞表面蛋白脱落。TACE（TNF-α转化酶，ADAM17）作为“脱落酶”介导多种生长因子和细胞因子的成熟与释放，从而调控细胞反应。作者开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的基因编码生物传感器TSen，用于在活细胞中定量监测TACE活性的动力学。TSen包含TGFα来源的N端信号肽、TNFα来...
环核苷酸作为第二信使通过区室化微域信号调控心肌细胞功能，但不同微域在心脏疾病中的变化尚不清楚。本研究旨在直接可视化早期心脏疾病中 β-肾上腺素受体（β-AR）相关 cAMP 与 cGMP 微域信号改变。横主动脉缩窄（TAC）诱导早期心脏肥大后，心房利钠肽（ANP）/cGMP 信号意外增强 β-AR 刺激的心肌细胞收缩性，这与慢性疾病...
逻辑门是将一组输入转换为可预测单一输出的器件。核酸的杂交特性、结构和功能可用于构建基于DNA的逻辑门，这些器件是分子计算和生物传感的重要模块。理想的逻辑门系统应能提供多种逻辑运算，并可多拷贝集成到更复杂结构中。本文报道成功构建一种小型DNA逻辑门复合体，其荧光输出对应AND、NAND、OR、NOR、XOR和XNOR六种布尔逻辑门。该...
DNA折纸方法能够构建复杂的纳米尺度对象，可用于组织分子组分并作为可重构机械装置。对合成生物学而言，DNA折纸结构可递送至细胞内执行复杂的感知-响应任务，也可作为支架组织酶以增强合成。DNA折纸结构的设计较为复杂，通常需借助专用软件完成。本章介绍利用多种先进软件工具设计DNA折纸结构的流程。首先阐述计算DNA双螺旋之间交叉点位置的基...
本研究描述一种定量监测紫杉醇在靶活性的系统，以α-微管蛋白C端为生物标志物。紫杉醇稳定微管后，α-微管蛋白C端发生特异性去酪氨酸化，可用于评估药效。作者合成了基于FRET的生物传感器，由对应α-微管蛋白C端的短肽、荧光团Abz和淬灭剂Dnp组成；肽末端荧光团可在酶促去酪氨酸化后释放。此外，将单个荧光标记肽连接到介孔二氧化硅纳米粒子上...
本文首次将单层二硫化钼（MoS2）纳米片用作荧光猝灭剂，构建了一种用于银离子（Ag+）检测的荧光传感方法。为保持 MoS2 的超薄结构，作者采用正丁基锂对块体 MoS2 进行插层，再与水反应并超声剥离，获得具有良好水溶性的单层 MoS2 分散液。该单层 MoS2 可在 5 min 内实现高效荧光猝灭。检测体系以 5'-FITC 标记...
本文报道了一种以低成本、快速、简便方式实现的无标记荧光复合探针，用于DNA杂交检测。该探针基于芘功能化聚[2-(N,N-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯]（PFP）的芘激基态向SYBR Green I（SG）的荧光共振能量转移（FRET）机制。探针由带正电的PFP、DNA嵌入染料SG和带负电的单链DNA（ssDNA）组成。加入互补链后，...
神经元轴突与胞体树突区细胞膜组成存在显著差异，可能影响 G 蛋白偶联受体信号。本研究利用高分辨率 FRET 生物传感器成像，测量培养大鼠海马神经元单个轴突、树突和胞体中关键信号组分基础水平的局部变化，探讨 1 型大麻素受体（CB1R）信号特征。内源性 CB1R 激活通过 Gi/o 蛋白和 cAMP 介导，使胞体树突区环磷酸腺苷依赖性...
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...
在活体系统中实时监测蛋白质相互作用对理解复杂生物学过程至关重要。荧光共振能量转移（FRET）结合荧光寿命成像（FLIM）是监测蛋白-蛋白相互作用最准确的方法之一，但传统激光扫描 FLIM 获取单帧图像需数分钟，难以用于动态活细胞与体内过程。本文提出一种衍射极限、大规模并行、时间分辨多焦点多光子显微镜（MM-FLIM），通过飞秒激光束...
环磷酸鸟苷（cGMP）是心血管系统重要信号分子和药物靶点，血管一氧化氮（NO）-cGMP通路激活可引起血管舒张，但cGMP信号在健康、疾病及cGMP升高药物治疗中的时空动态，以及特定心血管细胞类型内的cGMP浓度仍不清楚。为在体内分析cGMP信号，作者构建了表达荧光共振能量转移（FRET）型cGMP传感器蛋白的转基因小鼠，并描述了两...
荧光蛋白生物传感器通常依赖遗传编码，需要转染质粒并在细胞内表达，因而难以应用于数量稀少、难以转染的原代细胞样本。本研究采用电穿孔将蛋白形式的FRET荧光蛋白生物传感器直接递送至细胞内，无需质粒转染和表达。作者以ECFP/YPet Src FRET报告子为模型，在PDMS微流控通道中完成电穿孔递送、细胞培养与荧光成像。该报告子由Src...
快速、准确且微创的葡萄糖生物传感器对糖尿病管理具有重要意义。基于 Förster 共振能量转移（FRET）的光学葡萄糖传感器有望增强血糖控制，但缺乏在受控条件下评估光学葡萄糖传感器响应的标准体外方法。为此，本文识别了关键性能特征与响应测试方法，制备了基于 FRET 的葡萄糖生物传感器，并利用这些方法表征其性能。该传感器基于葡聚糖与葡...
Rho 家族 GTP 酶调控细胞迁移并参与癌症转移。侵袭足是与侵袭性肿瘤细胞相关的亚细胞结构，对细胞侵袭和转移至关重要。为研究 Rac1 GTP 酶在侵袭足动态中的作用，作者开发了一种遗传编码的单链 Rac1 荧光共振能量转移（FRET）生物传感器。该传感器显示，Rac1 活性被排除在侵袭足核心之外，而在侵袭足消失时活性升高，提示降...
本研究利用双光子 Förster 共振能量转移（FRET）显微镜，对活体“生物传感器”小鼠小动脉中的细胞内钙离子浓度（[Ca2+]）进行连续、非侵入性测量。所用小鼠表达遗传编码钙指示剂（GECI），包括基于 FRET 的 exMLCK 和基于荧光强度的 GCaMP2。exMLCK 的 Rmin 与 Rmax 在离体肠系膜小动脉中测定...