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。

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。

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。

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。

基于美洲蜚蠊下颚须的整合受体生物传感器测定抗坏血酸

报道了以美洲蜚蠊的下颚须作为分子识别和转换元件研制的一种新型生物组织传感器 ,发现该传感器对抗坏血酸 (AA)有选择性的响应 ,响应脉冲的发放频率与AA的浓度对数成正比 ,在 5× 10 -5至 5× 10 -2 mol/L范围内呈线性关系 ,检测下限低于 10 -6mol/LAA .该传感器响应快 ,并具有较好的重现性 .

一种糖生物传感芯片制备的新方法

建立了一种用于SPR生物传感器分析的糖生物传感芯片制备新方法。在己二胺大量过量的情况下 ,海洋硫酸多糖 91 1还原末端的半缩醛基与己二胺的一个氨基进行还原胺化反应 ,引入一个伯氨基 ,该伯氨基进一步与sulfo NHS biotin反应 ,使 91 1的还原末端生物素化 ,通过预偶联到CM5芯片上的链酶抗生物素抗体 ,以俘获法将生物素化的 91 1固定到芯片表面。该方法避免已有固定方法对糖内部结构的破坏 ,减少了非特异性耦联 ,能更好的反映糖类与其它分子的相互作用特性 ,且操作简单 ,适应于多数具有还原末端的糖类。91 1经该方法固定后 ,利用SPR生物传感器 ,研究了其与HIVgp1 2 0蛋白V3区的相互作用动力学 ,初步证明两者之间存在强烈的相互作用 ,KA 与KD 分别为 :2 .2 5e5与 4 .4 4e -6。

用于环境监测的生物传感技术

论文评述了用于水、大气及其他环境监测的生物传感技术,展望了生物传感技术和传感器的前景。具体评述了水环境中BOD(生化需氧量)、酚、NO_3^-、有机磷盐的检测和赤潮的监测;大气环境中CO_2,SO_2和NO_x检测;残留有毒有害物、持久性有机污染物的检测,污染物毒性评价,细菌总数的测定等方面。

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。

穿戴式生物传感系统的研究新进展

穿戴式生物传感系统是近年发展起来的一种新型生命参数动态监测系统。该系统通常由无线的小型传感器、手持单元和专家系统构成。其中,穿戴式生物传感器和数据分析处理部分是生物传感系统中的两大技术。其研究发展分基础和应用两方面。在未来的发展中,穿戴式生物传感器将与多学科相结合并向小型化、智能化方向发展。

压电石英谐振生物传感器与凝血功能检测

近年来,压电石英谐振生物传感器在检验医学领域取得了长足进步,广泛应用于细菌、病毒、DNA、微量元素、电解质、生物化学指标和凝血功能等的检测。以该传感器构建的检测平台具有体积小、重量轻、简便、快速、准确、成本低、无需标记、可反复使用和适时动态检测的特点,展现其强有力的应用前景。现就其检测原理、构建方法、优势和存在问题,以及凝血检测中应用等方面进行综述。

硫化金包覆金纳米棒局域等离子体共振的纳米生物传感器研究

纳米生物传感技术是近年来迅速发展起来的一种超微生物传感技术，具有高选择性、高灵敏度、快速、方便检测等优点。尤其基于金纳米颗粒的生物探针的研究备受关注。近年来，对基于棒状金纳米结构的生物探针合成及在生物传感及医学成像中的应用的研究是金纳米棒研究的重要方向。纳米金由于其制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点，被广泛应用于生物分子的识别和检测领域。

利用生物传感技术研究微生物底物间相互作用

建立了以生物传感技术为基础的微生物代谢研究的新方法。以微生物传感器的响应表示微生物对底物的外源呼吸,采用动态响应模型(初始响应斜率R_x=dI/dt),迅速获得细胞相对呼吸速率,由此观察到苯酚和葡萄糖作为共存底物时在不同的微生物代谢过程中表现不同的相互作用类型(抑制、协同或无作用)。传统的底物降解实验与生物传感器法所得结果相吻合。

生物电化学与生物传感器的研究与应用

近年来，随着分析化学与生命科学的交叉融合、生物分析及传感研究的快速发展，生物电化学与生物传感的研究与应用已成为分析化学领域的研究热点之一。其中，基于离子液体、纳米材料以及生物催化的电化学生物传感研究尤其受到人们的广泛关注。本课题组在对有机药物的电化学行为研究的基础上，自2007年始开展了一系列生物电化学与生物传感技术方面的研究，主要内容包括以下4个方面。