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在复杂生物体液中对蛋白质进行连续监测对于推进个体化医疗至关重要，然而，现有生物传感器常常受限于稳定性不足、一次性设计以及灵敏度不够。本文描述了一种详细的实验方案，用于制备和操作集成主动复位机制的分子摆（molecular pendulum, MP）电化学传感器，以实现实时、可逆且超灵敏的蛋白质检测。该方案分为两个部分。首先，我们介绍金微电极的微加工及其纳米结构修饰，随后组装基于DNA的摆探针，该探针携带氧化还原报告分子和亲和受体，能够将结合事件转化为电子转移动力学的变化。其次，我们详细说明传感与主动复位方法：该方法先检测目标分析物，再施加可调振荡电位以加速其解离、再生传感器表面并延长运行寿命。该方案包括器件制备、表面功能化、传感与复位循环以及数据分析的详细指导。实施后，集成主动复位的MP传感器可实现 pg/ml 级灵敏度、快速达到平衡，并在多种生物流体和原位模型中表现出稳健性能，从而能够在较长时间内实现蛋白质的连续监测。这一组合技术代表了一种具有重要潜力的生物传感平台，为可穿戴和植入式分子监测、疾病早期检测以及个体化治疗指导开辟了新途径。
hossein.zargartalebi{at}biohub.org
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摘要
对复杂生物液体中蛋白质进行连续监测，对于推动个体化医疗的发展至关重要；然而，现有生物传感器通常受限于稳定性不足、一次性设计以及灵敏度不够。在此，我们介绍一种用于构建和操作分子摆（molecular pendulum, MP）电化学传感器的详细方案，该传感器集成了主动重置机制，可实现蛋白质的实时、可逆和超灵敏检测。该方案分为两个部分。首先，我们描述金微电极的微加工及其纳米结构化修饰，随后组装基于 DNA 的摆探针，这些探针带有氧化还原报告分子和亲和受体，能够将结合事件转化为电子转移动力学的变化。其次，我们详细说明传感和主动重置方法，该方法可检测目标分析物，并施加可调谐振荡电位以加速其解离、再生传感器表面并延长运行寿命。该方案包含关于器件制备、表面功能化、传感与重置循环以及数据分析的详细指导。在实际实施中，具有主动重置功能的 MP 传感器可实现 pg/ml 级灵敏度、快速平衡，并在多种生物流体和原位模型中表现出稳健性能，从而能够在较长时间内实现连续蛋白质监测。这一组合技术构成了一个具有重大潜力的生物传感平台，为可穿戴和植入式分子监测、疾病早期检测以及个体化治疗指导开辟了新途径。
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S.O.K. 和 H.Z. 是与持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本作品依据 CC-BY-ND 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 7 月 31 日。
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使用分子摆传感器进行实时电化学蛋白质监测
Vuslat B. Juska， Zhiyuan Chen， Raza Qazi， Longshun Li， Saehyun Kim， Fatemeh Esmaeili， Will Buchsbaum， Audrey Nashner， Jane Donnelly， Luis Fernando Ayala-Cardona， Ryan Neff， Andrew Jacob Herse Sedlack， Maria D Cabezas， Jagotamoy Das， Shana O. Kelley， Hossein Zargartalebi
bioRxiv 2026.07.28.730971； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.730971
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使用分子摆传感器进行实时电化学蛋白质监测
Vuslat B. Juska， Zhiyuan Chen， Raza Qazi， Longshun Li， Saehyun Kim， Fatemeh Esmaeili， Will Buchsbaum， Audrey Nashner， Jane Donnelly， Luis Fernando Ayala-Cardona， Ryan Neff， Andrew Jacob Herse Sedlack， Maria D Cabezas， Jagotamoy Das， Shana O. Kelley， Hossein Zargartalebi
bioRxiv 2026.07.28.730971； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.730971
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.28.730971v1?rss=1
🏷️ 电化学生物传感 蛋白质连续监测 分子钟摆传感器 DNA探针 主动复位机制