面向生物医学应用的新型微纳传感技术前沿研究特刊综述

《Journal of Analysis and Testing》：Special Topic: Advanced Micro/Nano Sensing Techniques for Biological Applications

　　随着生命科学和医疗健康领域对精确、实时和动态检测的需求日益增长，先进的微纳传感技术已成为生物领域的核心驱动力。传统检测方法通常依赖庞大的实验室仪器，而微纳尺度传感器通过将传感器尺寸缩小至微米或纳米级别，实现了对生物分子、细胞乃至体内生理参数的高灵敏度、高特异性和实时动态分析。微纳传感技术的演进将生物分析的范式从静态的体外测量转变为动态的原位分析，深化了我们对生物过程的理解，并推动了即时检测、个性化健康管理和智能医疗系统等新兴领域的发展。这些进展为以预防和精准干预为中心的未来医疗模式奠定了关键的技术基础。因此，本期特刊旨在展示生物应用中新型微纳传感技术的前沿研究。特别地，本期收录了2篇综述、3篇原创论文和4篇快报，涵盖的主题包括纳米孔传感、体内分析、DNA逻辑、基于表面增强拉曼散射（SERS）的诊断、可穿戴传感器件以及单细胞成像。人工智能（AI）辅助研究工具已成为化学、生物和材料领域的一项新兴技术。Yu教授及其同事系统性地回顾了AI辅助神经电化学分析的最新进展，内容涵盖从信号处理到方法学开发的多个方面，包括多元和深度学习策略、快扫描循环伏安法中的背景校准以及AI辅助分析方法的开发。在另一篇综述中，麦克马斯特大学的Li教授与Du教授合作，总结了无酶DNA逻辑系统的分子基础和设计原理，并阐述了将DNA逻辑计算发展为临床适用诊断平台的前景。纳米孔传感作为一种用于探测生物分子的魅力十足的单分子技术，近年来应运而生。剑桥大学的Keyser教授及其同事提出了一种集成的玻璃纳米孔传感芯片级局部珀尔帖热电温控平台，该平台支持在可调热条件下实现高保真纳米孔记录，并建立了一种温度控制的单分子传感简单策略。Zhao教授及其同事报告了他们的发现：纳米孔阵列几何结构并非仅仅通过简单削弱电场来延长转位时间，而是可以主动调控长链聚合物的动态输运状态。分子光谱学方法长期以来一直是生物医学诊断的有力工具，因其具有高灵敏度和高特异性。Macquarie大学的Wang教授及其同事报道了一种无标记SERS平台的开发，用于分析血浆来源的小细胞外囊泡，作为全面捕获生化信息的分子分析策略，无需预先选择或标记靶标。Zhen教授及其同事通过手性等离子纳米结构的咖啡环效应驱动自组装开发了新型SERS基底，实现了手性对映体的高信号对比度定量分析。监测环境暴露引起的肺损伤仍是毒理学和诊断研究中的关键挑战。Song教授及其同事报道了一种近红外荧光探针DDAO-B，用于丁酰胆碱酯酶活性的实时无创成像，该酶是炎症调节和异生物质解毒中的关键酶。开发高性能可穿戴气体传感器对于哮喘诊断和长期疾病管理至关重要。Wen教授及其同事设计了一种具有三维纳米线互联网络的CuO气凝胶，并将其与无线电路及商用KN95口罩集成，实现了室温下对NOx的灵敏检测。化学信号分子的精确时空控制对于研究细胞刺激-响应行为至关重要。Zhang教授及其同事报道了一种原位电化学生成和电控释放多巴胺的策略，多巴胺是神经信号传导中的关键神经递质。最后，我们向所有为本期特刊做出宝贵贡献的作者和审稿人致以诚挚的谢意。我们也感谢编辑部编辑在整个过程中提供的专业而高效的支持。本文集展示了这一快速发展的领域目前所取得的显著进展。然而，在材料优化、信号处理和器件微型化等方面仍存在相当大的挑战。尽管如此，我们希望本期特刊能够提供重要的科学见解，推动微纳传感技术向智能化、集成化和普及化方向进一步发展。