基于荧光、可基因编码的生物传感器是实时分析生物过程的常用工具。过去几十年，可基因编码生物传感器的数量及其可监测的生物学过程类型迅速增加。本文旨在向读者介绍生物传感器开发的一般原则与实践，并突出生物传感器如何帮助阐明生物学功能中的关键问题。文章重点讨论用于监测激酶活性的传感器，并以其说明传感器设计中的常见考量。文中还描述了激酶和第二信...
环磷酸腺苷（cAMP）和cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA）调控几乎所有真核细胞中的多种细胞功能。在神经元中，cAMP/PKA信号级联控制轴突生长、路径寻找、突触传递效能、兴奋性调节及长期变化等生物学特性。针对cAMP或PKA的基因编码光学生物传感器通过在活神经元中提供实时测量，显著加深了人们对这些过程的理解。本综述描述了cAMP或P...
高通量筛选旨在鉴定干扰蛋白质功能、活性或构象的小分子，可作为研究生理过程、通路或疾病模型靶点的化学生物学工具，并为药物化学中的治疗剂开发提供模板。荧光生物传感器是药物发现程序中极具吸引力的强有力工具，可应用于高通量筛选、命中化合物筛选后表征、先导化合物优化以及候选药物临床前评价。它们能够筛选选择性靶向酶活性、构象和/或功能的抑制剂，...
具有成像能力的生物分子纤维材料在生物应用中日益重要。本研究利用阳离子共轭聚合物（CCPs）通过界面聚电解质复合（IPC）过程，与自然生物大分子DNA和组蛋白自组装构建固有荧光微纤维。等温滴定量热法（ITC）结果表明，纤维形成的驱动力包括静电作用、疏水作用以及反离子和结合水分子的释放。通过DNA、组蛋白与蓝、绿、红（RGB）发射CCP...
大麻素 CB1 受体（CB1）与多巴胺 D2 受体（D2R）均为 G 蛋白偶联受体，均偶联抑制性 Gαi/o 蛋白，激活后可抑制 cAMP 生成。既往研究提示多巴胺系统与内源性大麻素系统之间存在功能串扰。本研究利用共表达两种受体的 HEK-293T 细胞，通过共免疫沉淀实验证实 CB1 与 D2R 可形成复合物。作者进一步构建 D2...
蛋白质的翻译后修饰（PTMs）是细胞信号网络中几乎所有动态过程的关键机制。基于荧光蛋白（FPs）的遗传编码报告分子是时空可视化细胞参数的有力工具。因此，常用模块化生物传感器设计已被改造，用于生成多种蛋白基指示器，以监测活细胞中不同 PTM 或相应酶活性，为单个 PTM 的动力学与调控功能提供新的生物学认识。本综述描述聚焦 PTM 的...
体液搜寻常是法医调查的关键环节。确认现场体液存在不仅可支持或反驳受害者、嫌疑人或证人的陈述，还可为后续身份识别提供重要DNA来源。然而，现有生物体液检测技术存在若干明确局限：常出现假阳性、不能同时检测多种体液、破坏样本且无法直观定位体液沉积物，这些缺陷可能因遗漏或误读证据而影响案件结果。生物传感器可将生物识别事件转换为可测量信号，实...
现代生物医学的重要挑战之一是在自然环境中实时、非侵入地可视化生物分子，以理解其生理行为并揭示病理改变。荧光生物传感器是一类成像工具，已在活细胞中为酶的功能与调控提供了重要见解。基于绿色荧光蛋白（GFP）的报告子和遗传编码荧光共振能量转移（FRET）生物传感器已成功用于研究活细胞中的蛋白激酶，具有较高时空分辨率。与此同时，荧光化学与化...
G-四联体DNA具有高度多态性，其构象转变参与多种重要生命事件。这些可控且多样的结构也使G-四联体DNA成为催化剂、生物传感器和DNA基构筑材料的有前景候选。目前，基于G-四联体DNA的应用大多局限于水相体系。由于许多化学反应和器件需要在严格无水甚至高温条件下进行，在水相外开展G-四联体DNA研究具有挑战性和意义。本文系统研究了10...
蛋白激酶是调控几乎所有生物过程的关键酶类，其结构折叠相似，但作用机制、调控方式、底物特异性和亚细胞定位差异显著。传统放射性终点检测无法在天然环境中实时表征其动态活性。荧光生物传感器的发展为在活细胞中实时、高时空分辨率地研究蛋白激酶行为与调控提供了新途径。目前已发展两大类传感器：一类是遗传编码的单链荧光共振能量转移（FRET）生物传感...
细胞依赖复杂且相互连接的信号通路网络来感知并解释胞外环境变化。基因编码荧光蛋白（FP）生物传感器的发展使研究者能够在活细胞中直接观察和表征这些胞内信号通路的时空动态。然而，当单独监测单个信号事件时，往往难以获得交叉通路之间精确的时序和空间关系。随着生物传感器技术不断进步，同时成像多个 FP 生物传感器正变得越来越可行，从而允许在同一...
活细胞显微成像现已常规用于监测基因编码生物传感器蛋白的活性，以直接测量细胞、组织或生物体内特定信号事件。多数荧光生物传感器蛋白依赖 Förster 共振能量转移（FRET）报告信号事件引起的蛋白构象变化，通常用基于强度的比率成像测量。荧光寿命成像显微镜（FLIM）是另一种监测 FRET 型生物传感器蛋白活性的方法。FLIM 在时域测...
荧光共振能量转移（Förster resonance energy transfer, FRET）是指供体荧光团受激后，通过非辐射方式将能量转移给受体荧光团的过程。FRET 技术可用于生物物理与分子生物学中的分子动力学定量分析，例如监测蛋白-蛋白相互作用、蛋白-DNA相互作用以及蛋白构象变化。基于 FRET 的生物传感器不仅能在异质...
工程化蛋白生物传感器（基于 Förster 共振能量转移、膜转位或溶剂变色位移）与活细胞荧光显微镜结合，用于实时揭示胞内过程的动力学与空间定位。该应用稳步发展，但其是否普遍适用于定量测量仍不明确。为从定量角度分析生物传感器方法的缺陷，作者分析了简单反应-扩散模型。结果表明，尽管高亲和力分子识别可稳健检测荧光读数，但会引发两种不利效应...
内皮型一氧化氮合酶（eNOS）产生的一氧化氮（NO）对血管功能调节至关重要。caveolin-1（Cav-1）结合eNOS可使其失活，但Cav-1抑制已激活eNOS的机制不清。本研究探讨Src依赖的Cav-1磷酸化在eNOS负反馈中的作用。利用荧光共振能量转移（FRET）和共免疫沉淀（coIP），作者发现内皮细胞经凝血酶、血管内皮生...
细胞信号转导发生在复杂且冗余的相互作用网络中，最理想的研究方式是在同一活细胞中同步监测多个组分的激活动态。近年来，生物传感器技术的进展使人们能够在同一活细胞内可视化并定量多个网络节点的激活状态。遗传编码的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器、正交荧光蛋白对以及荧光寿命成像显微镜（FLIM）显著提高了实验多重化的能力，使两个甚至三个...
D1型多巴胺受体是中枢神经系统多巴胺能信号的主要介导者。激动剂激活后，D1受体可快速内化，但这一过程的功能意义长期不明。本研究在HEK293细胞和原代纹状体神经元中，利用实时荧光成像与FRET型cAMP生物传感器（Epac1-cAMPs），同步分析D1受体转运与cAMP积累动力学。结果显示，多巴胺或D1选择性激动剂SKF81297可...
自早期分裂细胞示意图以来，借助多种互补方法，真核细胞及其细胞周期状态的表征已取得显著进展。传统方法多依赖细胞固定，以鉴定细胞裂解液、培养细胞或组织中的分子组分；绿色荧光蛋白（GFP）技术的发展使几乎任何融合蛋白都能在细胞内和体内被可视化，并利用具有明确时空特征的功能元件，发展出遗传编码的细胞周期相位荧光标记，从而以高分辨率实时表征活...
随着药物发现项目增多，在健康与病理细胞中以高时空分辨率可视化和监测生物活动变得至关重要。为此，能够报告特定胞内靶标水平与活性的探针和传感器成为必需。绿色荧光蛋白（GFP）的发现、GFP 报告系统的发展、小分子荧光探针的合成进展以及荧光成像技术的快速进步，使生物传感器领域出现了大量可用于复杂生物样品、活细胞和组织的荧光报告系统，用于探...
半导体量子点（QDs）具有高量子产率、优异光稳定性和尺寸可调的窄发射光谱，可作为光谱标记与发光探针。本综述系统介绍量子点作为纳米生物传感器组装体中活性参与者的应用，指出以QDs替代传统分子荧光团可提升疾病分子检测性能。文章重点讨论多重靶标检测、基于重合分析的突变检测，以及基于QD-FRET的miRNA检测和DNA甲基化分析。由于QD...