基于链置换扩增的电化学适配体生物传感器检测食品中的赭曲霉毒素A

为构建一种基于链置换扩增技术(SDA)和电化学适配体传感器技术检测食品中赭曲霉毒素A(OTA)的方法,根据OTA特异性适配体设计发卡结构,并在发卡结构的茎部设置SDA反应识别位点,进行SDA扩增。将扩增产物与修饰二茂铁(Fc)的电化学探针进行杂交,使电信号发生变化,从而建立电化学适配体传感器检测OTA的方法。通过对7组不同毒素的测定评价该方法的特异性,测定其灵敏度和检出限,并与赭曲霉毒素A酶联免疫分析方法(ELISA)国家标准(GB 5009.96-2016)进行对比试验。结果表明:最优条件下,电化学适配体传感器灵敏度线性范围为0.1 pg/mL~10 ng/mL,检出限(LOD)为0.05 pg/mL。当OTA存在时,检测结果为阳性,当OTA不存在时,检测为阴性,说明该方法特异性良好。在人工加标试验中,该电化学适配体传感器的加标回收率为96.60%~99.04%,ELISA(国家标准)的加标回收率为94.00%~98.50%,该方法的加标回收率优于国家标准。结论:该方法能够快速检测食品中的OTA,具有实用应用价值。

基于电化学生物传感器的重金属离子检测研究进展

电化学生物传感器是基于抗原抗体、酶、核酸适配体、蛋白质、细胞等各种生物成分建立的电化学方法,由于这些生物成分具有强的特异性,决定了电化学生物传感器具有高选择性。同时该方法还具有便捷快速、灵敏、操作简单等优点,已经被广泛应用于污染物重金属离子的检测,并具有良好的应用前景。本文综述了近年来基于各种生物成分的电化学生物传感器在重金属离子检测中的应用,并对该领域未来的发展趋势做了展望。

适配体生物传感器检测细菌毒素的研究进展

细菌毒素是细菌产生的次生代谢产物,是人类健康的主要威胁之一。食品中细菌毒素的污染已成为人们迫切关注的主要食品安全问题之一。因此,开发出简便、快速、灵敏检测食品中细菌毒素的方法具有重要意义。核酸适体是体外筛选的单链寡核苷酸序列,能特异性识别靶标。具有易合成、易标记、易修饰、高灵敏度、高特异性和低分子量等优点,被广泛用于生物传感器中。本文简要介绍了细菌毒素的分类及危害,重点综述了基于光学和电化学技术的适配体生物传感器在细菌毒素检测和定量方面的最新进展及应用,以期为细菌毒素的检测提供研究基础。

双栅GaN HEMT生物传感器仿真研究

GaN HEMT因具有优异的高灵敏度、快速响应特性、电学特性和生物相容性,其在生物传感领域具有广泛的应用潜力。为提升GaN HEMT生物传感器直接检测生物分子的灵敏度,提出了一种双栅结构分析模型,并使用Silvaco TCAD工具研究了其电学特性。从漏极电流、阈值电压和电势方面分析了单栅和双栅器件的结构特性,比较了其灵敏度。研究表明,在特定生物分子(尿酸酶、链霉亲和素、蛋白质和胆固醇氧化酶)的检测中,双栅GaN HEMT生物传感器的灵敏度分别比单栅器件高1.55%,2.18%,1.07%和3.3%。其中,增加空腔长度可以为生物分子与生物功能化层(AlGaN)的相互作用提供更多的面积,从而使传感器的灵敏度增加。因此,双栅和较大空腔的GaN HEMT生物传感器器件更适用于高灵敏度的应用。

基于功能化荧光氧化石墨烯的CuNCs标记生物传感器对癌胚抗原检测的价值研究

构建基于功能化荧光氧化石墨烯(graphene oxide,GO)的荧光铜纳米簇(Fluorescent copper nanoclusters,CuNCs)标记生物传感器的荧光分析法,用于灵敏检测癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA),分析荧光猝灭效率与CEA浓度的相关性。适配体寡核苷酸探针(aptamer)与CEA特异性结合,形成CEA-aptamer-GO-CuNCs复合物,随着CEA浓度的增加,CuNCs的荧光强度能够被有效淬灭,绘制CEA浓度与荧光猝灭效率标准曲线,通过测定待测样本的荧光猝灭效率而定量CEA浓度。本次研究建立了检测CEA的aptamer-GO-CuNCs标记生物传感器的荧光分析法,最佳孵育时间为15 min,孵育温度为37℃,CuSO4溶液最佳浓度为300μmol/L,线性范围为0.05~50ng/mL,检出限(S/N=3)为0.01ng/mL。本荧光分析法可准确检测人血清样本中CEA浓度,且检测灵敏、特异性均较好,可为临床上癌症早期临床筛查、诊断以及治疗、预后评估等提供指导。

基于可穿戴式纳米生物传感器的人体运动数据挖掘算法

针对当前人体运动数据挖掘算法无法对实时数据进行采集与分析,导致人体运动数据挖掘正确率较低且时间较长的问题,提出基于可穿戴式纳米生物传感器的人体运动数据挖掘算法。首先,利用可穿戴式纳米生物传感器采集人体运动数据,将采集到的数据转换为二进制数据形式,并对转换后的数据进行清洗与补位处理;最后,使用萤火虫算法对K均值聚类方法进行优化,利用优化后的K均值聚类方法对清洗与补位后的数据进行聚类处理。实验结果表明,所提算法的召回率平均值为97.12%,数据挖掘正确率平均值为98.42%,为运动员生理指标的实时监测与分析提供重要的数据基础。

基于GMR生物传感器的病原体检测研究进展

对当前病原体检测方法和磁性生物传感器的优势进行了简单阐述,分别介绍了巨磁阻(GMR)传感器在生物医学检测领域的应用优势、GMR效应的来源及常见的GMR传感器的结构类型,重点关注了GMR生物传感的基本原理,包括传感器在免疫分析领域的应用策略和传感器表面功能化的方法。总结了GMR生物传感器在病原体检测中的发展现状,重点阐述了GMR生物传感器在靶向标签、致病菌和病毒检测方面的实际应用。最后对当前GMR生物传感器在病原体检测领域面临的问题进行简要分析,对GMR生物传感器未来的应用前景进行了展望,为新一代可用于临床检测的GMR生物检测系统的开发奠定坚实的基础。

国际创新竞赛对大学生创新能力培养模式的启示——以国际大学生生物传感器设计大赛为例

创新人才是国家的战略性资源,高校在创新人才培养中肩负着重要使命。创新人才的核心能力是创新能力,包括创新思维能力、创新人格特质和创新实践能力。当代大学生存在创新思维能力薄弱、创新人格特质缺乏、创新实践能力不足等问题,鼓励大学生参加国际创新竞赛有助于其创新能力的提升。以国际大学生生物传感器设计大赛(SensUs)为例,介绍其创办目的、参赛要求、激励机制以及浙江大学参赛队伍的情况,分析大赛对大学生创新能力培养的作用,以期为高校完善培养创新人才模式提供参考。

纳米材料电化学生物传感器检测食品中赭曲霉毒素A的研究进展

赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)是一种污染食品的常见真菌毒素,长期食用OTA污染的食品会严重影响人体健康。随着生物传感器技术的发展,电化学生物传感器成为OTA检测的新方向。纳米材料在电化学传感器中的应用有效提高了其性能。该文综述使用纳米材料检测OTA的电化学生物传感器的原理和特点,并对其发展方向进行展望。

基于rGO-AuNPS修饰丝网印刷电极的电化学生物传感器快速检测甲基对硫磷

目的:实现对甲基对硫磷的快速检测。方法:基于金纳米颗粒和还原氧化石墨烯制备了用于对甲基对硫磷进行定量检测的乙酰胆碱酯酶传感器。采用层层组装方法,将还原氧化石墨烯、金纳米颗粒、乙酰胆碱酯酶依次修饰在丝网印刷电极表面。对传感器的催化活性、阻抗特性、传感器的抑制率与甲基对硫磷浓度的关系、实际样品检测进行了评估。结果:制备的乙酰胆碱酯酶生物传感器对乙酰硫代胆碱氯化物表现出优异的亲和力,米氏常数为2.76 mmol/L。在最佳条件下,可以有效检测甲基对硫磷,线性范围为5~500 ng/mL,检出限为0.692 ng/mL。结论:该方法操作简单、成本低、稳定性好,适用于有机磷类农药的快速检测。

基于细菌双组分系统的生物传感器的研究进展

细菌双组分系统能够感知和响应细胞内外的物理、化学和生物刺激,通过耦合传感和调节机制从而引起一系列的细胞反应,是一个普遍存在的信号转导通路家族。当前越来越多的合成生物学家已开始利用双组分系统的特异属性来工程化设计微生物传感系统,并应用于光遗传学、材料科学、肠道微生物组工程、生物炼制和土壤改良等领域。本综述重点介绍了开发基于双组分系统的生物传感器的最新研究进展以及在各个领域中的潜在应用。同时探讨了如何运用新的工程方法提高双组分系统传感器性能的可靠性,包括遗传重构、DNA结合结构域交换、检测阈值调节和磷酸化串扰隔离,以及如何根据特定应用的要求定制双组分系统信号特性。在未来,研究者可以将这些方法与大规模的基因合成、高通量筛选相结合,以加速和帮助发现更多未确定特征输入的双组分系统,并开发新的对广泛的刺激做出反应的基因编码生物传感器,拓展双组分生物传感器在不同领域的应用。

荧光生物传感器用于多种真菌毒素同时检测的研究进展

真菌毒素是真菌产生的次级代谢物,常见的主要有黄曲霉毒素、伏马毒素和赭曲霉毒素等多种真菌毒素。食品在储藏、加工或运输中易受真菌毒素侵染,且绝大多数情况下多种真菌毒素同时出现并形成叠加效应产生剧毒,引发食品安全问题,严重危害人类身体健康。因此,对食品中多种真菌毒素的同时检测十分重要。荧光纳米生物传感器具有响应快、检测便捷无干扰、无需参比等优点,在生物分析领域被广泛应用。本文综述了国内外荧光生物传感器检测真菌毒素的研究进展,特别是真菌毒素的多重同时检测,重点介绍荧光生物传感器的类型、组成等方面和以适配体、免疫检测技术为基础的检测方法及其策略,在此基础上,讨论了现有真菌毒素检测的局限性和面临的挑战,展望未来的研究方向,以期为真菌毒素检测研究提供理论支持。

基于DNA生物传感器的循环放大方法检测大米中的重金属离子

1.引言传统的食品安全检测手段,如化学分析、微生物培养等,虽然在一定程度上能够保障食品安全,但存在检测周期长、操作繁琐、灵敏度不高等问题,难以满足现代食品安全监管的需求。因此,发展快速、灵敏、准确的食品安全检测技术显得尤为重要。近年来,生物传感器技术以其独特的优势在食品安全检测领域崭露头角。生物传感器是一种将生物识别元件与物理或化学换能器相结合的分析装置,它能够通过生物识别元件与待测物质之间的特异性相互作用,将生物信号转换为可测量的物理或化学信号,从而实现对待测物质的快速检测。

基于纳米酶生物传感器检测真菌毒素的研究进展

纳米酶作为一种具有天然模拟酶活性的纳米材料,因兼具纳米材料性能与类似天然酶的良好催化性能,已被广泛应用于新型真菌毒素生物传感器的研发。该文对纳米酶生物传感器检测原理进行了简单介绍,并根据真菌毒素检测机理进行分类,综述了近年比色、荧光和电化学纳米酶生物传感器在真菌毒素检测方面的研究进展,讨论并比较了上述3类纳米酶生物传感器在真菌毒素检测中的优势。最后,针对目前存在的问题和发展前景进行了展望。

基于转录因子的生物传感器研究进展

转录因子的生物传感器(transcription-factor-based biosensors,TFBBs)作为一种重要的合成生物学工具,在高通量筛选、适应性进化、动态调控等方面具有重要作用。然而,天然的TFBBs由于灵敏度低、专一性差、响应慢等无法满足当前的应用需求。为应对上述挑战,该文简述了TFBBs的分类及其原理,重点介绍了TFBBs的性能调节策略,包括利用定向进化、蛋白质工程等策略优化生物传感器的灵敏度、特异性、检测范围和动态范围;总结了TFBBs在高通量筛选、适应性进化及动态调控方面的应用,讨论了TFBBs在实际应用中可能面临的机遇和挑战,并对其发展趋势进行了展望,指出了合成生物学的高速发展将促进生物传感器应用于更广泛的领域。

基于CRISPR/Cas系统的生物传感器在动物疫病诊断中的应用

动物疫病不仅严重危害动物健康,阻碍养殖业良性发展,而且对人类健康构成潜在威胁。开发灵敏、特异、快速的诊断方法对于疫病防控尤为重要。PCR是目前检测病原体核酸的金标准,但是它存在检测周期较长,需要精密仪器和专业技术人员,无法应用于现场即时检测等局限性。成簇规律间隔短回文重复序列及其相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein,CRISPR/Cas)具有敏感性高、特异性强和操作简便等优点,可为动物疫病诊断提供新的方法和契机。CRISPR-Cas9靶向核酸的特异性和CRISPR-Cas12/Cas13“附属切割”活性使其在核酸检测中显示出巨大的应用前景。本文简述了CRISPR/Cas系统的分类,对3种常用的CRISPR/Cas系统的核酸检测策略进行系统阐述,并对其在动物疫病诊断中应用的最新研究进展进行综述,最后讨论了它的优势、面临的挑战及未来发展方向,以期为动物疫病诊断新方法的开发提供参考。

基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的检测

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的高灵敏检测。首先,采用剪切剥离法制备少层MoS_(2)纳米片,并对制备条件进行优化,以制备横向尺寸较大、厚度均匀的少层MoS_(2)纳米片;其次,通过分散液吸光度的变化研究少层MoS_(2)纳米片在高浓度盐溶液中的加速聚集沉淀行为;然后,基于MoS_(2)纳米片对单链DNA的吸附力,研究了单链DNA对于盐诱导沉淀少层MoS_(2)纳米片的抑制作用;最后,利用杂交形成的双链DNA从少层MoS_(2)纳米片上脱落而导致的分散液吸光度的变化构建光学生物传感器,并通过cpDNA与不同浓度的ctDNA杂交对该传感器的性能进行检测。结果表明,当cpDNA浓度为100 nM时,浓度范围在25~100 nM的ctDNA与少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度呈反比线性关系。在401和448 nm波长处时,少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度与ctDNA浓度的线性回归方程分别为Y=0.23557-0.00070X,R^(2)=0.94222和Y=0.21253-0.00050X,R^(2)=0.95141。所构建的光学生物传感器成功地实现了对癌症标志物ctDNA的检测;为未来的体外癌症检测和诊断提供了一种有效的传感策略。

DNA损伤效应主动监测的抗氧化基因缺失微生物传感器的构建及性能评价

目的活性氧基团(ROS)水平升高会引起生物体的DNA氧化损伤,监测DNA的氧化损伤程度,能够实现ROS损伤效应的有效评价。基于微生物传感器监测DNA损伤效应可以定量评价氧化损伤程度,但微生物本身具有的ROS清除机制,会影响监测灵敏度。本研究旨在敲除细菌ROS清除机制的关键基因,构建抗氧化基因缺失微生物传感器,实现对DNA损伤效应的灵敏监测,评价ROS对生物体的损伤效应。方法本研究基于λ-Red同源重组的方法敲除细菌抗氧化损伤相关基因ahpCF、katE与katG,构建抗氧化基因缺失微生物传感器,并评价传感器对萘啶酮酸钠和紫外照射的响应。结果成功构建ΔahpCF、ΔahpCF/ΔkatE与ΔahpCF/ΔkatE/ΔkatG三种抗氧化基因缺失的微生物传感器,工程菌ΔahpCF/ΔkatE/ΔkatG对DNA损伤试剂萘啶酮酸钠的响应灵敏度最高,检测限为0.40μmol/L,另外,1.80 min的紫外照射(254 nm)可诱导工程菌产生显著的荧光表达效应。结论本研究构建了抗氧化基因缺失微生物传感器,实现了对DNA损伤试剂和紫外照射等DNA损伤效应的主动灵敏监测,可为未来空间辐射效应的评价提供一种主动、有效、灵敏的潜在监测方法。

镉全细胞微生物传感器研究进展

镉全细胞微生物传感器(cadmium whole-cell biosensors,Cd-WCBs)以微生物为载体,利用微生物的调节元件组成模块化基因回路,以实现镉生物有效性的简单、经济和高通量检测.本文概述了基于转录因子和酶生物传感器构建的非特异性Cd-WCBs,以及基于转录因子和荧光共振能量转移构建的特异性Cd-WCBs.本文还总结了Cd-WCBs的基本优化策略,主要包括对识别蛋白进行定向改造或定向进化、利用反馈调控优化基因回路以及改造底盘细胞的金属调控系统.目前,Cd-WCBs已经用于不同环境介质中镉的生物有效性检测,但是其在实际环境中细胞活性,和检测性能仍有待提高.本研究指出未来可通过开发和改造底盘生物来提高传感器的环境适应能力,利用多种合成生物学手段进一步提高传感器的检测灵敏度和特异性.

IGZO薄膜晶体管生物传感器无标记检测强直性脊柱炎

为了快速检测强直性脊柱炎血清学分子标志物人体白细胞抗原(HLA-B27),开发了一种基于人体白细胞抗原B27(HLA-B27)功能化的氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管生物传感器。利用射频磁控溅射技术和微纳加工工艺制备了IGZO薄膜晶体管(IGZO TFT),采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和抗体对IGZO TFT进行修饰,制备出针对HLA-B27检测的生物传感器。实验结果表明,功能化的IGZO TFT生物传感器具有稳定的电学特性和传感性能。传感器对HLA-B27的检测极限为1 pg/mL,在1 pg/mL至100 ng/mL的范围内均有良好的线性响应。这说明所设计的高性能生物传感器能够有效检测出强直性脊柱炎的标志物。此外,IGZO TFT可以扩展为传感器阵列平台,实现对某种疾病多种标志物的联合检测,在便携式床旁诊断设备的应用中具有巨大潜力。