基于CRISPR/Cas12a的生物传感平台的机制研究及应用

CRISPR/Cas12a系统能够由可编程的RNA引导,准确识别特异的单链DNA或含有PAM序列的双链DNA,而后在目标底物进行切割的同时完成对非特异性单链DNA的迅速切割,该特性使其在生物传感应用中显示出巨大前景。近年来,CRISPR/Cas12a系统被广泛应用于生物标志物的辅助检测,其生物标志物传感平台已在可视化细胞途径、体内活体诊断等生物分子传感器的构建方面得到应用。本文基于CRISPR/Cas12a生物传感平台的构建原理,对不同应用情景下CRISPR/Cas12a系统的变体进行了总结,并对基于该系统的体外、体内传感平台的应用进行了重点介绍和归纳,进一步讨论了不同传感平台的特点。最后对目前应用的优点和局限性做出总结和展望,以期为该领域的研究与应用提供一定参考。

基于多交叉置换扩增和纳米生物传感技术快速检测肺炎支原体方法的建立

目的建立一种简单、灵敏、快速的肺炎支原体(MP)检测方法,并对其应用性进行验证和评价。方法利用多交叉置换扩增(MCDA)技术对肺炎支原体特异基因CARDS毒素基因进行扩增,利用侧流免疫层析生物传感(LFB)技术读取扩增结果,命名该方法为MP-MCDA-LFB。分析扩增反应在60~67℃(间隔1℃)的扩增效率,筛选最适反应温度;分析分别扩增10、20、30、40 min时能够检测到的最低核酸浓度,筛选最佳反应时间。利用10倍系列稀释的肺炎支原体核酸分析MP-MCDA-LFB方法的灵敏度和检测限,利用35株非肺炎支原体菌株分析MP-MCDA-LFB方法的特异性。利用MP-MCDA-LFB方法检测80份疑似MP感染的临床样本,并与RT-PCR法检测结果进行比较,分析MP-MCDA-LFB方法的临床应用性。结果MP-MCDA-LFB能够实现对肺炎支原体CARDS毒素基因的快速检测。其最佳反应温度为63℃,最短反应时间为40 min,整个检测过程可在1 h内。MP-MCDA-LFB方法具有较高的灵敏度和特异性,其检测限低至45 ng/L,与其他临床表现相似的病原体无交叉反应,特异性为100%。MP-MCDA-LFB方法从80份临床样本中检出45份阳性样本(56.3%),检出率与RT-PCR方法一致。结论本研究建立的以CARDS毒素基因为靶标的MP-MCDA-LFB检测方法具有简单、快速、灵敏度高、特异性强的优点,在基层医疗机构和现场检测具有较好的应用潜力。

基于荧光生物传感技术检测牛奶中金黄色葡萄球菌肠毒素B

目的利用纳米金粒子(gold nanoparticles,AuNPs)荧光猝灭性能和核酸适配体的高亲和力,构建一种简便、灵敏的纳米金“Turn-on”型荧光生物传感方法检测牛奶中金黄色葡萄球菌肠毒素B(staphylococcal enterotoxins B,SEB)的方法。方法以AuNPs作为荧光体的能量受体(猝灭剂),荧光素-单链DNA(fluorescein-ssDNA,FAM-ssDNA)作为荧光能量供体,冷冻法制备AuNPs-SEB适配体复合物,基于AuNPsSEB适配体复合物/SEB/FAM-ssDNA的竞争性结合,构建纳米金“Turn-on”型荧光生物传感检测方法。对缓冲体系pH和反应时间等条件进行优化,以牛奶为代表对方法检测性能进行验证。结果在优化好的实验条件(pH 7.5、反应时间15 min和反应温度25℃)下,在10^(-1)~10^(4)ng/mL范围内,荧光强度与SEB质量浓度之间呈现良好的线性关系,其相关系数为0.995,检出限为0.062 ng/mL。应用于牛奶样品中SEB的测定,方法回收率为91.2%~108.0%,相对标准偏差在2.6%~5.2%范围之间。结论该纳米金“Turn-on”型荧光生物传感检测技术具有简便、灵敏和准确等优点,可为食品中污染物的检测提供一种可行的新方法。

荧光RNA及其生物传感技术研究进展

荧光RNA技术是一种新兴的RNA标记技术,可用于活细胞RNA的原位实时标记与成像,对于人们理解RNA的功能和调控机制发挥着至关重要的作用。基于荧光RNA的生物传感技术可用于活细胞内小分子代谢物以及蛋白质等靶标的实时动态检测,为生命科学基础研究以及生物医学传感技术开发提供极具价值的工具。本文对遗传编码的荧光RNA的发展历程、荧光RNA技术在活细胞RNA成像,以及基于荧光RNA的生物传感技术在活细胞代谢物检测等方面的应用进行了介绍和总结,并对该领域的发展现状和未来发展方向展开讨论和展望,以期为该技术的进一步发展和在相关领域的应用提供参考。

基于转录因子生物传感器在环境分析中的应用

转录因子是一类在细胞中通过引导RNA聚合酶与特定DNA序列结合调控基因表达的蛋白质。转录因子是生物体适应自然环境过程中的一类重要调节性蛋白,可专一性的感知环境介质中的配体分子。利用转录因子作为识别元件构建生物传感体系并与不同的信号转导和放大系统耦合,可在细胞、无细胞和体外等不同反应体系构建信号输出形式灵活多样的传感策略。基于转录因子构建的生物传感器(TFBBs),因其灵敏度高、体积小、价格低廉以及可应用于现场监测等优势,在环境分析领域显示出巨大应用潜力。文中着重介绍了TFBBs的传感体系类型、核心元件组成和工作原理,列举了其在重金属离子、芳香族化合物及抗生素等环境污染物检测中的应用进展,在此基础上讨论了TFBBs在环境污染物检测中可能面临的机遇和挑战,并对其发展趋势进行了展望,指出合成生物学、人工智能等多学科新兴技术的高速发展将促进TFBBs人工设计和传感性能提升,使其应用于更广泛的领域。

高分子材料在生物传感检测中的应用研究进展

介绍了生物传感的基本原理、高分子材料与生物分子固定化技术以及生物传感用高分子材料,概述了不同生物传感机制下高分子材料的应用实例。总结了高分子材料在生物检测中作为传感材料的用途及优势,强调了材料设计发展的重要性,以期为高分子材料的医疗高端应用提供参考。

基于核酸适体的电化学生物传感研究

核酸适体是一类经由指数富集的配体系统进化(SELEX)技术在体外筛选获得的单链寡核苷酸片段,由于具有可人工批量合成、价格低廉、易于功能化修饰、特异性强、亲和力高、免疫原性低、批间差异小、热稳定性好等优良特性,在分析化学、疾病治疗以及生物医学研究等诸多领域备受关注。结合代表性案例,该文综述了核酸适体在电化学生物传感领域的应用。首先简要概述了核酸适体及电化学适体传感器的特点,分类阐述了电化学适体传感器在小分子化合物、蛋白质、外泌体、循环肿瘤细胞(CTCs)以及病原微生物检测中的应用,并重点介绍了相关检测方法的原理、分析特性以及所应用的信号放大策略,最后对电化学适体传感器的发展进行了展望。

生物传感技术在农产品农药残留检测中的运用

生物传感技术具有高专一性、便捷性和实时分析等性能,能够满足当前农产品农药残留检测对实时快速与便捷性的需求。在农药残留检测中运用合适的生物传感技术,不仅能够提高检测的准确度与精度,而且能够保障农产品质量安全,更好地保障人民健康。基于此,本文主要分析当前农产品农药残留产生的原因及主要危害,解析在农产品农药残留检测中运用生物传感技术的意义,并探讨生物传感技术在农产品农药残留检测中的具体运用,旨在保证农产品农药残留检测工作质量,有效控制农产品安全。

具有红色荧光性质的掺硒碳点在生物传感和抗菌中的多功能应用

以易得的苯亚硒酸(BA)和邻苯二胺(o-PDA)作为前体,通过一步水热法成功设计并合成了掺杂硒的碳点(Se-CDs)。制备的Se-CDs发出红色波段的荧光,并被用于开发一种检测microRNA-21(miR-21)的灵敏荧光传感器。通过脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNaseⅠ)介导的信号放大方法,将miR-21的检测限从78 nmol·L^(-1)改进到了6.8 nmol·L^(-1)。此外,Se-CDs对大肠杆菌等革兰氏阴性菌具有理想的抑制活性。

生物传感技术驱动下智能媒体的传播实践与数字想象

伴随着生成式人工智能的涌现,生物传感技术为智能媒体带来深刻变革,这对于整个传播生态也将产生涟漪效应,也对智能媒体时代媒体融合纵深发展提出了新方向与新要求,即人机融合,而生物传感技术在其中至关重要,虽然整体应用还未成规模,但对智能媒体已产生影响。智能传播在媒介、传播主体、传播方式及传播效果亦呈现新特征,本文从个人、媒介、传播三个层面对于当前现状进行反思,并结合业界与学界的前沿性研究对于生物传感技术在智能媒体中的应用进行展望与想象。

循环肿瘤DNA生物传感检测技术研究进展

循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)携带与肿瘤相关的基因突变信息,包括单核苷酸变异(SNV)、插入/删除(indel)和基因融合(fusion)等。ctDNA在癌症早期筛查、靶向用药指导,治疗效果评估以及预后等方面显示出重要的临床意义与价值。本文总结了现有ctDNA检测技术特点,重点论述了生物传感在提高ctDNA检测技术特异性和灵敏度方面的常用策略,最后探讨其未来的发展趋势。

基于生物传感技术的食品重金属检测研究

为了保障食品安全,需要对食品中的重金属物质进行检测,但是传统检测技术工作流程冗长,过于复杂的实验操作导致检测效率较低,无法支撑现代食品的生产与流通。基于此,衍生出的生物传感技术,具有更加准确、快捷且简便的优势,形成了良好的检测效果。本文首先对食品重金属的危害加以分析,并阐述生物传感技术的概念,分析食品重金属检测中生物传感技术应用流程,以期为食品重金属检测提供参考。

基于碳材料-纳米金的生物传感器研究进展

碳材料具有独特的力、磁、电等物理化学性质,尤以石墨烯、碳纳米管为代表。纳米金是一种具有优良生物相容性的纳米材料。将碳材料与纳米金复合构筑的生物传感器具有灵敏度高、特异性强的特点。因此,该复合材料被广泛应用于各种生物传感器中。分别对石墨烯/纳米金和碳纳米管/纳米金在电化学生物传感器方面的应用进行了综述。

食品安全检测中脱氧核酶生物传感技术研究进展

脱氧核酶(deoxyribozymes,DNAzymes)是一类具有催化活性的人造脱氧核糖核酸(DNA),因其在生物传感领域存在巨大潜力而受到广泛关注。这些功能性寡核苷酸不仅可以作为特异性的分子识别元件,还能直接通过本身的酶催化活性报告或者传递信号。近年来,基于DNAzyme的生物传感技术在食品安全领域的研究和应用得到了迅速发展。本文重点关注了近3年来的文献资料,综述了DNAzyme的催化机制和生物传感策略以及它们在食品安全快速检测中的研究进展,并讨论了未来该生物传感技术在食品样品分析检测中可能的发展趋势和方向。

聚苯乙烯微球介导的颗粒计数生物传感法检测鲜味

鲜味物质对提升食品风味和保证人类健康具有重要作用,探究鲜味检测新的研究方向和方法变得愈发重要。该研究基于聚苯乙烯(polystyrene,PS)微球介导的竞争性反应、磁分离技术及颗粒计数原理,开发了一种谷氨酸钠(monosodium glutamate,MSG)高灵敏度检测方法。在PS微球表面修饰谷氨酸钠-牛血清白蛋白形成功能化复合物(PS@MSG-BSA),其与被测样本中MSG竞争结合修饰在磁珠(magnetic beads,MB)上的MSG受体T1R1。经孵育和磁分离去除耦合的磁珠复合物,并对剩余PS微球进行颗粒计数以间接表征被测样本中MSG的浓度。试验通过优化PS微球和MB的浓度、竞争反应孵育时间等试验条件,建立了MSG检测的标准曲线。结果表明,该传感方法对MSG的响应决定系数R^(2)为0.993,检测限为5.17 pg/mL,具有良好的准确性和灵敏度,并对鲜味物质的检测具有特异性与良好的稳定性,在食品加工保鲜及品质评价等领域具有很好的应用前景。

纳米电化学突破亲和小分子免标记生物传感极限检测小分子

基于小分子电化学传感技术开发的即时诊疗和可穿戴医疗设备能够实时动态监测人体内如代谢物、神经递质和激素等小分子生物标志物的水平变化,即时反映患者的健康状况,极大地简化了疾病诊断以及治疗效果监测流程。然而,因为受到小分子目标物(≤1 kDa)与亲和识别探针分子(抗体或者适配体,6至180kDa)之间大小比例不均衡的限制[1],并且缺乏高灵敏的信号传导方式,传统电化学生物传感器几乎无法检测到由低浓度小分子与识别探针分子结合引起的细微变化,阻碍了即时诊疗和可穿戴医疗设备的开发和应用。

交叉置换扩增联合纳米生物传感器检测乙肝病毒方法的建立与应用

目的建立一种敏感、特异的乙肝病毒(HBV)快速检测方法,并评价其应用。方法基于多交叉置换扩增(MCDA)技术和纳米生物传感(LFB)检测技术,以HBV特异性S基因为检测靶标,建立HBV-MCDA-LFB方法,优化反应温度和时间等实验条件,并应用临床样本进行评价,同时与实时PCR(RT-PCR)进行比较。结果HBV-MCDA-LFB能在30 min内完成HBV检测,最佳反应温度为60℃,其特异性良好,未与其他病毒、细菌发生交叉反应。此外,该方法的检出限低至1×101拷贝/反应,且能准确检测临床样本的HBV,检测灵敏度优于RT-PCR方法。结论本研究建立了一种特异、敏感、便捷的乙肝病毒快速检测方法,即HBV-MCDA-LFB,其诊断效率优于临床采用的RT-PCR方法,可作为临床快速诊断HBV感染的替代方法。

MOFs基纳米酶的生物传感应用研究

MOFs基纳米酶因其自身具有较高的原子利用率、独特的几何和电子结构,在催化反应中表现出更高的催化活性,目前已经成为纳米酶研究的热点。在该文中,总结了MOFs基纳米酶的分类及其在生物传感领域的应用进展,并对比了基于不同MOFs基纳米酶传感器的构建及其检测性能,阐明了MOFs基纳米酶应用的前景和面临的挑战,旨在为MOFs基纳米酶的发展提供参考。

磁性纳米材料的制备及在生物传感中的应用

磁性纳米材料是一类具有特殊性质的纳米材料,其制备方法和在生物传感中的应用受到广泛关注。该文综述了磁性纳米材料的制备方法以及其在生物传感领域的应用。介绍了常见的磁性纳米材料制备方法,包括化学共沉淀法、热分解法和水热法等。探讨了磁性纳米材料在生物传感中的应用,为生物传感技术带来了新的可能性,并且探讨了其不足与未来的改进方法。

磁性MEMS传感器制备技术及生物传感应用研究进展

对磁性传感器件的微电子机械系统(MEMS)加工技术以及在生物医学检测方面的应用进行了简单阐述,分析了磁性生物传感技术的工作原理,重点介绍了巨磁阻抗(GMI)、巨磁阻(GMR)和微磁通门传感器的MEMS制备工艺,其中详述了磁性传感器的材料、几何尺寸、结构以及基底对其性能的影响,总结了磁性生物传感器在生物检测中的研究进展,重点阐述了磁性生物传感器在磁性标签、癌症标志物、食源性细菌、病毒以及细胞检测方面的应用。最后,对当前磁性生物传感器在生物医学检测领域面临的问题进行了简要分析,并对磁性生物传感器未来的应用前景进行了展望,以期为研发新一代可用于临床检测磁性生物检测系统打下良好的基础。