医疗技术的进步始终在增强医疗结果方面发挥了关键作用。生物传感器和纳米诊断者代表了尖端科学符合实用医疗解决方案的边界。这些技术利用纳米技术的原理开发可以以前所未有的准确性和效率来检测特定的生物学标记的设备。生物传感器是分析设备,将生物成分与物理检测器结合在一起,以识别和量化生物学元素。生物学成分,通常是一种酶,抗体或核酸,与靶性生物分子相互作用,触发可测量的信号。生物学和技术的这种整合已经在各种领域发现了应用,医疗保健是主要受益人。生物传感器的灵敏度允许检测与各种疾病相关的生物标志物,浓度非常低。从糖尿病患者的葡萄糖监测到癌症生物标志物检测,生物传感器正在彻底改变诊断。这些设备正成为个性化医学不可或缺的一部分,并根据个人的独特分子概况来调整治疗方法[1]。
本文使用用于不同生物学应用的纳米和微观尺寸来回顾传感器。生物传感器将生物学反应转化为电信号。近年来,在生物传感器的设计和开发方面取得了显着进步,这些进步产生了大量的生物传感器应用,包括医疗保健,疾病诊断,药物输送,环境监测以及水和食物质量监测。通过提高灵敏度,可重复性和传感器响应时间来增强生物传感器的性能,这已经有重要的工作。然而,这些技术的关键挑战是它们有效地捕获和转化生物学信号转化为电气,光学,重力,电化学或声学信号的能力。本综述总结了各种生物传感器的分类,设计注意事项和多种应用的工作原理。本文强调的其他研究线重点是使用微型和纳米 - 实用技术的生物传感设备的微型化,以及在生物传感中使用纳米材料。最近可穿戴的传感器具有重要的应用,例如监测家庭和社区环境中慢性状况的患者。本评论论文提到了可穿戴技术的应用。机器学习被证明是为了帮助发现医疗应用领域的新知识。我们还审查了基于人工智能(AI)和机器学习(ML)的应用程序。[doi:10.1115/1.4063500]
摘要:DNA连接酶是所有生物体中与DNA复制和修复过程有关的必不可少的酶。这些酶通过催化在双链DNA中并置了5'磷酸盐和3'羟基末端之间的磷酸二酯键来密封DNA。除了它们在维持基因组完整性方面的关键作用外,DNA连接酶最近已被确定为几种类型的癌症的诊断生物标志物,并被认为是治疗各种疾病的潜在药物靶标。尽管DNA连接在基础研究和医学应用中是显着的,但开发有效检测和精确量化这些关键酶的策略仍然具有挑战性。在这里,我们报告了高度敏感和特定生物传感器的设计和制造,其中利用稳定的DNA发夹来刺激荧光信号的产生。在广泛的实验条件下,验证了该探测器是稳定的,并且在检测DNA连接酶时表现出有希望的性能。我们预计,基于发夹的生物传感器将显着发展针对某些疾病的新靶向策略和诊断工具。
生物传感器由于能够在广泛的应用中检测和量化生物学分析物的能力而变得越来越流行,成为诊断工具。随着对更快,更可靠的生物传感设备的需求不断增长,机器学习已成为增强生物传感器性能的宝贵工具。在本报告中,我们回顾了机器学习对生物传感器的应用的最新进展。我们讨论了在生物传感器中使用机器学习的潜在好处,包括提高灵敏度,选择性和准确性。我们还讨论已应用于生物传感器的各种机器学习技术,包括数据预处理,特征提取以及分类和数据分析模型。讨论了机器学习在生物传感器中的潜在优势,包括分析大型和复杂数据集的能力,检测生物分子相互作用的细微变化,并提供对生物过程的实时监测。还解决了与机器学习和生物传感器集成相关的挑战,包括数据可用性,传感器性能和计算要求。我们进一步强调了机器学习和生物传感器(包括便携式和低成本生物传感器的开发)以及使用机器学习算法进行有效数据分析所面临的挑战和机会。最后,我们在该领域提供了对未来趋势和新兴技术的展望,包括对生物传感器的使用人工智能和深度学习算法以及创建完全自主的生物传感系统的潜力。
1 德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心成像物理系,美国德克萨斯州休斯顿 77030 2 古拉姆伊沙克汗工程科学与技术研究所 (GIKI) 电气工程学院,巴基斯坦斯瓦比 23460 3 哈马德·本·哈利法大学科学与工程学院,卡塔尔多哈 4 卡尔加里大学计算机科学系,加拿大阿尔伯塔省卡尔加里 T2N 1N4 5 阿卜杜拉国王科技大学电气与计算机工程系,沙特阿拉伯图瓦尔 23955 6 迈赫兰工程技术大学电子工程系,巴基斯坦贾姆肖罗 76062 7 拉合尔高等大学工程学院,巴基斯坦拉合尔 54000 8 法国国家科学研究院,智能系统与机器人研究所,法国索邦大学 ISIR,法国巴黎 75005 9 机械工程系工程学院,巴尔坦大学,74100 巴尔坦,土耳其 10 纳米技术与综合生物工程中心 (NIBEC),阿尔斯特大学工程学院,BT15 1AP 贝尔法斯特,英国 11 香港理工大学专业进修学院,香港
单生物分子电子感测技术在许多领域非常重要,从医学诊断到疾病监测。由于可以将单个生物分子的生理变化转换为可测量的电信号,因此单分子电子生物传感器可以实时实时,高度敏感和高带宽检测单个单个内部或分子间相互作用。这些强大的单分子传感设备在精确提供沿反应途径的稀有和详细的中间信息方面证明了关键优势,并揭示了集合测量中隐藏的独特特性。本综述总结了单分子电子生物传感器的显着进步,强调了单分子水平的生物分子识别,相互作用和反应动力学。传感器的配置,传感机制和代表性应用。此外,还提供了使用光电集成系统来同步感应单个生物分子的电信号和光学信号的观点。
跨阶段单脑室:家庭监测慢性冠心:干预或药物开始之前和之后失败的fontans:跟踪心律不齐的患者下降患者:负担和对药物的反应心力衰竭:结果预测高风险患者:监测和处方运动
摘要:电化学 DNA (e-DNA) 生物传感器是可行的疾病监测工具,它能够将所需核酸靶标和功能化传感器之间的杂交事件转化为可记录的电信号。这种方法提供了一种强大的样品分析方法,具有在低分析物浓度下快速产生响应的巨大潜力。在这里,我们报告了一种与 DNA 杂交相关的电化学信号放大策略,通过利用 DNA 折纸方法的可编程性来构建夹层分析来提高与目标检测相关的电荷转移电阻 (R CT )。与传统的无标记 e-DNA 生物传感器设计相比,这使传感器的检测限提高了两个数量级,并且无需探针标记或酶支持,即可在 10 pM 至 1 nM 之间的目标浓度下实现线性。此外,事实证明,这种传感器设计能够在具有挑战性的富含 DNA 的环境中实现高度的链选择性。这种方法是一种实用方法,可满足低成本即时诊断设备所必需的严格灵敏度要求。关键词:DNA 纳米技术、DNA 杂交、电化学阻抗谱、抗菌素耐药性基因、靶标选择性、灵敏度增强、即时诊断设备
摘要:提出的综述着重于基于微生物细胞的系统。这种方法基于微生物作为机器人的主要部分,该机器人负责运动,货物运输,在某些情况下是有用化学物质的产生。这种微型机器人中的活细胞既有优点又具有缺点。关于优点,有必要提及细胞的运动性,这可能是天然趋化性或光的动力,具体取决于生物体。有通过将纳米颗粒添加到其表面的方法来制造细胞的方法。今天,已经广泛讨论了此类微型机器人的发展结果。已经表明,有可能将不同类型的出租车组合起来,以根据微生物的细胞和解决任务的效率来提高微生物的控制水平。另一个优势是应用合成生物学的全部潜力,使细胞的行为更加可控制和复杂。在微型机器人应用的背景下讨论了货物,高级传感,开/关开关和其他有希望的方法的生物合成。因此,合成生物学应用提供了基于微生物细胞的微生物发育的显着观点。从微生物细胞的性质(例如外部因素的数量影响细胞,潜在的免疫反应等)等性质之后的缺点。他们在应用程序中提供了几个局限性,但不会根据微生物的细胞来降低微生物的明亮视角。
摘要。在 21 世纪,无论有望推动生物传感器发展的技术如何,生物传感器都受到了前所未有的广泛关注。随着最近 COVID-19 疫情的爆发,人们对恢复全球健康和福祉的关注和努力正在以前所未有的速度增长。开发精确、快速、即时护理、可靠、易于处理/复制且低成本的诊断工具的需求不断上升。生物传感器是手持式医疗包、工具、产品和/或仪器的主要元素。它们具有非常广泛的应用范围,例如附近的环境检查、检测疾病的发生、食品质量、药物发现、药物剂量控制等等。本章解释了纳米/微机电系统 (N/MEMS) 如何使技术朝着可持续、可扩展、超小型化、易于使用、节能和集成的生物/化学传感系统发展。本研究深入了解了 N/MEMS 传感器和集成系统在检测和测量生物和/或化学分析物浓度方面的基础知识、最新进展和潜在最终应用。本文解释了传导原理、材料、包括读出技术在内的高效设计以及传感器性能。随后讨论了 N/MEMS 生物传感器如何继续发展。本文还讨论了挑战和可能的机会。