本文是专题编辑文章，介绍基于荧光蛋白（FP）的生物传感器在活细胞中可视化分子动态的研究进展。细胞通过膜受体接收胞外配体、细胞间相互作用和机械信号，并经激酶、磷酸酶、第二信使、小GTP酶和转录因子等通路转导，其时空动态控制分化、迁移、增殖和存活。遗传编码的FP生物传感器可实时监测这些分子事件。文中综述了FRET、BRET、环置换FP（...
G蛋白偶联受体（GPCR）调控广泛生理与病理生理过程，理解其在不同细胞环境中的激活与功能至关重要。GPCR 激活受胞外刺激动态调控，且新证据显示其可在内体等细胞器中发挥亚细胞功能，因此需要高时空分辨率精确监测 GPCR 激活过程。本综述介绍可在活细胞中实时监测 GPCR 激活的遗传编码荧光生物传感器，覆盖胞外配体结合、GPCR 构象...
DNA纳米技术为开发简便、低成本、高灵敏度的生物医学即时诊断纳米器件提供了有前景的途径，尤其适合检测癌症相关核酸，包括循环肿瘤DNA片段（ctDNA）、循环微小RNA（miRNA）及其他RNA。本文报道了一种动态DNA折纸书生物传感器，其表面精确修饰由供体和受体荧光团组成的阵列以及荧光猝灭剂，在外部刺激下产生强光学读出，用于单重或双...
肢体再生的基础机制仍不清楚，阐明具备再生能力生物体中的相关机制对人类治疗具有深远意义。近期研究提示，成功的肢体和器官再生需要类似 Warburg 效应的代谢重编程。由于代谢变化高度动态，能够在组织和个体水平直接、实时可视化代谢物的方法将有助于界定代谢对再生与愈合的影响。本研究利用遗传编码生物传感器 Laconic，在活体斑马鱼中评估...
Ras 小 GTPase 是细胞生长与增殖的关键调控因子，其活性在多种癌症中异常，因此需要在天然细胞环境中实时测量 Ras 活性。本文开发了一种比率型荧光 Ras 活性报告系统 RasAR，用于在活细胞中以高时空分辨率定量检测 Ras 活性。RasAR 由 Raf1 的 Ras 结合域（RBD）、源自 Ras 效应结合区的假配体以及...
微小RNA（miRNA）在癌症发生发展中发挥重要作用，被视为早期预后评估的潜在生物标志物。本文提出一种新型生物传感系统，用于实现癌细胞内 microRNA21（miR21）的荧光成像。该系统由两部分组成：一是优化的“关-开”双链 DNA（dsDNA）荧光探针，通过高效的链置换反应检测 miR21；二是强效载体囊泡——非离子囊泡（SP...
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...
尽管纳米温度计的灵敏度不断提高，但由于缺乏高速温度成像技术，直接观察单个细胞内部的热传输仍具挑战性。本文指出，在短信号积分时间下温度分辨率不足以及传感器响应动力学缓慢，是现有基因编码温度指示剂（GETI）的两大瓶颈。为此，作者开发了基于 mNeonGreen（mNG）与 tdTomato（tdT）串联融合的纳米温度计 B-gTEMP...
本研究开发了一种基于花菁3（Cy3）的新型生物偶联荧光传感器，用于通过荧光共振能量转移（FRET）检测与2019冠状病毒病（COVID-19）相关的目标DNA或从COVID-19样本中提取的RNA。研究选择SARS-CoV-2基因组中的一段特定序列作为互补DNA（目标DNA）部分，并将该目标序列的反向链设计为两段：一段连接Cy3有机...
本研究提出一种基于切换肽的均相一步免疫检测方法，用于检测甲型和乙型流感病毒（Inf-A 和 Inf-B）。该方法无需洗涤步骤，仅需样品处理即可读取信号。荧光标记的切换肽可定量地从免疫球蛋白 G（IgG）的抗原结合位点解离；其中，检测抗体标记两种荧光淬灭剂，切换肽分别标记 FAM 和 TAMRA 两种荧光染料。作者通过计算对接和表面等...
基于发夹结构适配体（Apt）和荧光共振能量转移（FRET），构建了一种用于黄曲霉毒素B1（AFB1）检测的比率荧光适配体均相传感器。将同时标记Cy5和BHQ2的Apt与标记Cy3的互补DNA（cDNA）通过互补碱基配对形成双链DNA；此时Cy3靠近BHQ2而被猝灭，Cy5远离BHQ2而荧光恢复。加入AFB1后，Apt/cDNA双链解...
禽流感病毒（AIV）引起家禽急性传染病，高致病性禽流感病毒（HPAIV）可导致高发病率和死亡率，造成重大经济损失，因此早期检测对隔离和防控至关重要。本研究开发了一种细胞模拟纳米颗粒（CMPs），利用病毒融合机制快速检测HPAIV和低致病性禽流感病毒（LPAIV）。CMPs由聚合物纳米颗粒构成，膜中插入唾液酸并包埋荧光共振能量转移（F...
本研究基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的荧光猝灭效率与适配体结合亲和力，优化了一种用于赭曲霉毒素A（OTA）检测的FRET荧光适配体传感器。将OTA适配体与量子点（QDs）偶联后，非共价吸附于酸改性SWCNTs（amSWCNTs）和未改性SWCNTs表面，形成纳米复合体。通过比较不同体系的猝灭效率，发现amSWCNTs具有适中的猝灭...
tau 蛋白聚集物从胞外进入胞内可能是神经退行性 tau 病跨细胞传播的基础。该过程始于 tau 结合细胞表面肝素硫酸蛋白聚糖并触发巨胞饮。病理性 tau 聚集体随后被提出作为胞质内复制的“种子”。tau 摄取效率很高，但仅约 1–10% 内吞聚集体的细胞出现种子扩增。作者利用荧光标记全长 tau 纤维处理 U2OS 细胞或表达全长...
早期检测对预防健康问题至关重要，生物传感器和化学传感器可提供高选择性、高灵敏度、低检出限和快速检测，但许多光学传感方法仍依赖笨重的台式荧光仪或紫外-可见分光光度计。本文报道一种可同时测量荧光发射和光吸收的便携式装置，用于光学生物传感器或化学传感器的现场检测。该装置采用450 nm激光二极管作为光源，通过平凸透镜聚焦进入PMMA半微量...
过去十年，免疫治疗为多种癌症带来新疗法，但肺癌仍是癌症死亡首位原因。携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者因毒性问题难以从免疫检查点抑制剂中获益，主要依赖姑息化疗和第三代酪氨酸激酶抑制剂奥希替尼。奥希替尼较第二代TKI延长生存期约9个月，但肿瘤仍会因耐药机制和缺乏抗肿瘤免疫应答而复发。本研究探索奥希替尼联合抗HER3单克隆抗体治疗，发现...
现有环境铅（Pb）检测方法多耗时、昂贵、危险且依赖专用分析系统。为提供简便、安全的现场检测工具，作者构建了便携式荧光共振能量转移（FRET）铅生物传感器 pMet-lead。该装置由 3D 打印框架、405 nm 激光二极管、光学滤光片、含 Met-lead 1.44 M1 生物芯片的样品架及适配智能手机的光学透镜组成。通过测量 F...
丛枝菌根（AM）共生会改变根细胞代谢、生理及正磷酸盐（Pi）进入根部的途径，但共生如何影响根皮层与表皮细胞的 Pi 含量及 Pi 响应动态仍不清楚。本研究利用基于荧光共振能量转移（FRET）的遗传编码 Pi 生物传感器，绘制了短柄草（Brachypodium distachyon）菌根根细胞中胞质与质体相对 Pi 含量的空间分布，分...
同相检测生物流体中小分子浓度对监测患者关键药物血药浓度具有重要意义。本文报道了一种基于链置换竞争（SDC）的同相DNA检测体系，用于在人血浆中快速检测和定量达比加群（DAB）、甲氨蝶呤（MTX）和利奈唑胺（LIN）。该体系由竞争结合DNA链A、B、S构成，B链共价连接小分子配体，A/S链携带FRET供体与受体荧光基团。作者发现，加入...
泛素修饰的 tau 聚集体在阿尔茨海默病（AD）及其他 tau 蛋白病的人脑中大量存在。可溶性 tau 寡聚体（TauO）是神经毒性最强的 tau 种类，可传播病理并引起认知缺陷，但泛素化是否参与 tau 形成与扩散尚不完全清楚。本研究观察到，与年龄匹配对照相比，AD 脑中 K63 连接（而非 K48 连接）泛素化 TauO 水平更...