随着细胞信号研究深入，信号转导并非简单线性级联，而是在膜、细胞器、分子组装和细胞/组织异质性等多个尺度上受到复杂时空调控。荧光生物传感器作为遗传编码、活细胞兼容的工具，可将生化输入转化为光学输出，用于实时监测活细胞内的信号事件。本文首先介绍空间信号调控的研究方法和荧光生物传感器设计原理，包括转位型传感器、单荧光蛋白开关型传感器以及基...
本文提出一种可推广的连续小分子生物传感器设计策略，将现有抗体改造为目标响应“抗体开关”，实现实时、免样品制备的光学检测。通过 DNA 支架将抗体与分子竞争物连接，目标抗原与竞争物发生竞争性结合，引起支架构象切换；在抗体表面引入供体荧光基团、在 DNA 支架近竞争物端引入受体荧光基团，利用 FRET 荧光比变化反映目标浓度变化。作者以...
CRISPR技术因高灵敏度和特异性被广泛用于病原体检测。尽管高长径比微结构在增强生化反应方面具有潜力，但其在CRISPR检测中的应用较少。本研究开发了一种基于FRET的生物传感器，结合高长径比PDMS微柱阵列和Cas12a介导的反式切割活性，用于检测HPV 16 DNA片段。结果表明，密度更高的微柱具有更强的分子结合能力，可使检测灵...
硝酸盐（NO3-）是植物和动物必需的氮源，但不同根细胞类型及细胞器中氮形态的分布仍不清楚。传统体外生化与代谢物分析难以区分细胞类型和区室。本文报道一种核定位、遗传编码的荧光生物传感器 nlsNitraMeter3.0，用于在拟南芥中定量可视化硝酸盐浓度与分布。该传感器基于 Förster 共振能量转移（FRET）原理，由硝酸盐结合蛋...
金属离子在生物体和材料中广泛存在，过量摄入可危害健康并污染环境，因此需要高灵敏、高选择性的金属离子监测分子。DNA 可形成多种结构，并可用于传感器和材料。富含鸟嘌呤的序列可响应金属离子形成 G-四链体和 G-线，因此可用于金属离子检测。本研究利用基于 G-四链体设计的离子响应 DNA 适配体（IRDAptamer）文库筛选可诱发神经...
由于神经毒剂毒性高且生物利用度大，从复杂基质中快速、低前处理检测其代谢物具有重要意义。本研究将量子点（QD）功能化寡核苷酸适配体，使其特异性靶向神经毒剂代谢物甲基膦酸（MePA）。所得 QD-DNA 生物偶联物再与淬灭分子共价连接，形成 Förster 共振能量转移（FRET）供体-受体对，从而定量检测 MePA 的存在。基于该 F...
基于荧光蛋白的遗传编码生物传感器被广泛用于监测钙离子（Ca2+）通量及其在细胞内信号通路中的作用。内质网与线粒体相连的区域称为线粒体相关膜（MAMs），对钙稳态和线粒体功能至关重要。然而，第一代定位于线粒体外膜（OMM）表面的 Ca2+ 生物传感器灵敏度不足，无法测量 μM 或亚 μM 级 Ca2+ 变化，因而难以检测内源通道的天然...
适配体受体是生物传感器的重要识别元件，但小分子适配体的获得高度依赖靶标结构。作者分析了27个靶标–适配体对中单个功能团对结合与筛选结果的贡献，发现空间受阻功能团之间可出现负协同，从而降低适配体筛选成功率。针对亮氨酸和伏立康唑等此前多次筛选失败的重要小分子，作者提出功能团引导的定制筛选策略：通过比较类似物靶标的表观解离常数与置换自由能...
环境中铀的扩散可能危害人类及其他生物健康，因此需要监测环境中生物可利用且具有毒性的铀组分，但目前缺乏高效测量方法。本研究旨在开发一种基因编码的FRET比率型铀生物传感器。该传感器通过在钙调蛋白（calmodulin, CaM）两端分别嫁接两个荧光蛋白构建；CaM可结合四个钙离子。作者通过修饰金属结合位点和荧光蛋白，生成并体外表征了多...
在同一个活细胞中同时成像两种或多种荧光生物传感器，可揭示蛋白质活性在时空上的协调关系。然而，同时使用多个 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器存在毒性较高且需要光谱正交荧光团等困难。本研究构建了一种可特异性结合三种不同蛋白激活构象的生物传感器组分，从而用更少荧光团实现多路复用 FRET 并降低毒性。作者通过组合下游效应...
机械敏感过程常依赖黏附结构在受力后增强或成熟，但特定蛋白所承受分子张力如何调控其他蛋白招募仍不清楚。本文提出一种基于成像的荧光张力共定位（Fluorescence Tension Co-localization, FTC）方法，用于研究细胞内分子张力敏感蛋白招募。作者通过离散时间马尔可夫链模拟确定量化指标，将免疫荧光标记、FRET ...
细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路在细胞生长、增殖和分化中起关键作用。ERK 信号具有动态性，涉及磷酸化/去磷酸化、核质穿梭以及胞质和核内多种蛋白底物的相互作用。利用遗传编码 ERK 生物传感器进行活细胞荧光显微镜观察，有望在单细胞水平推断这些动力学。本研究在相同的细胞刺激条件下，监测了四种常用转位型和 Förster 共振能量转...
时间序列荧光显微镜结合荧光生物传感器是量化单活细胞信号时空动态的有力工具，但实验通量低。为克服该限制，作者开发了基于 MATLAB 的 FALCOscope（Flexible Automated Liquid-handling Combined Microscope）平台，协调 OpenTrons 液体处理机器人和荧光显微镜，实现药...
生物传感器是一种紧凑型分析装置，能够实时将生物相互作用事件转换为可测量信号，无需额外实验室设备或复杂样品前处理，即可实现灵敏、低成本分析。对于法医分析而言，生物传感器可支持大规模、高通量、高灵敏度筛查，用于检测具有较高证据价值的目标分子。纳米材料因可增强检测能力和信号效率而受到关注。尽管含纳米材料的生物传感器已在医学领域广泛报道，但...
酶促与细胞信号生物传感器用于解析复杂生物系统的活性。针对G蛋白偶联受体（GPCR）——人体中药物靶点最丰富的蛋白家族——的监测传感器种类繁多，在用途、形式和功能上差异显著，其应用不断拓展了人们对这一重要蛋白家族的理解。本文简要总结该领域中日益重要的一个子集：用于测量受体偶联与选择性的转导器生物传感器，重点介绍用于测量受体与异源三聚体...
多种传染性病毒持续威胁全球公共卫生，其中 SARS-CoV-2 已造成超过六百万人死亡。为快速、可靠地检测病原体，研究者发展了多种生物传感方法。上转换纳米颗粒（UCNPs）具有低自荧光背景、长荧光寿命、窄发射峰、抗光漂白、近红外激发和多色发射等特性，在生物传感器中可显著提高信噪比和检测灵敏度，是病毒检测的有前景候选材料。本综述系统总...
在食品、临床和细菌发酵样品中选择性检测L-乳酸水平备受关注。许多基于非立体选择性识别元件的荧光生物传感器已用于乳酸检测。本研究鉴定来自鼠伤寒沙门氏菌LT2的变构转录因子STLldR可立体选择性地响应L-乳酸。随后将STLldR与Förster共振能量转移（FRET）结合，构建荧光L-乳酸生物传感器FILLac。通过截短位于青色和黄色...
本文开发了一种无标记、高特异性的白介素-6（IL-6）适配体传感器，采用氮掺杂碳量子点（NCDs）和硫修饰 DNA 适配体-金纳米粒子（AuNPs）作为 FRET 供体-猝灭剂对。NCDs 在 350 nm 激发下于 445 nm 发射荧光；AuNPs 通过 FRET 猝灭 NCDs 荧光。当 IL-6 与适配体结合后，供体-受体组...
CD6是T细胞激活时调控信号转导的细胞表面受体之一，但其发挥共刺激还是抑制作用存在争议。当T细胞与抗原呈递细胞接触时，CD6在细胞间界面与配体CD166相互作用，其胞内尾组装由接头蛋白和效应酶构成的信号体，可能触发激活级联或调节信号强度。本研究将Jurkat E6.1 T细胞稳定转导表达野生型CD6或胞内截断突变体CD6Δcyt，并...
本工作以柠檬酸和乙二胺为前驱体，通过一步水热法合成碳点（CDs），并将其与抗体共价偶联，用于孕酮激素检测。结构形貌分析表明，所合成CDs平均粒径为8–10 nm，XPS、XRD和FT-IR证实了其表面官能团。进一步利用氧化石墨烯（GO）作为荧光共振能量转移（FRET）机制中的淬灭剂；当存在被测物孕酮时，由于GO从CDs表面被置换，供...