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转录因子传感器是第二代生物传感器中应用最多最广泛的，因为小分子对转录因子的变构调节是一种在自然界中普遍存在的感测机制，且易用于工程细胞中。感测作用是将配体依赖型激活的转录因子与任意输出通量相偶联后，在同一启动子的控制下进行转录调节。这种感测机制的传感器设计方法的关键限制因素是响应相关小分子的已知转录因子的数量。目前对已经系统鉴定了的转录因子开展了新的感测功能的研究以扩展其在代谢工程中的应用。例如：LuxR是来自费氏弧菌中的一个密度感应调控子，它会被特异的酰基高丝氨酸内酯（acyl-HSL）所激活，从而诱导其调控的操纵子的转录。LuxR蛋白在进化的过程中在主序列中表现了多样性以响应acyl-HSL中不同长度和组成的酰基基团。Collin等^[16]利用LuxR的此特点，通过建立LuxR突变文库筛选更为广普及更为敏感响应acyl-HSLs的突变子，其中筛到的8个LuxR突变子显示对octanoyl-HSL（C8HSL）的灵敏度提高了100倍；同时这些突变子对pentanoyl-HSL（C5HSL）和tetradecanoyl-HSL（C14HSL）敏感性也得到提高，且表现对3OC6HSL有较强的响应。
研究表明转录因子的表达水平与癌症、炎症、异常激素响应、发育障碍等一系列疾病的发生和发展密切相关。目前，转录因子已成为疾病诊断和药物开发的重要生物标志物，因此对其进行特异、准确及灵敏检测变得十分必要。酶催化的荧光分析法因反应效率高、设计灵活等特点而在转录因子检测中受到欢迎。但是它们却存在应用范围窄、可靠性不足等自身缺陷。限制性内切酶是一类序列特异性的核酸酶，其能且仅能对DNA分子内的特定序列进行识别和切割。由于这类酶催化作用的高度专一性和精确性，它们在构建特异、准确的生物检测平台方面具有很大的应用潜力。除特异性及准确度外，灵敏度也是评价生物分析方法的重要参数之一。信号扩增技术因实现了一个目标物对应多个信号的分析模式而被广泛用于提高检测灵敏度。因此，基于以上改进，第二代生物传感器成为目前使用最多、应用最广泛的传感器，与第一代相比其检测灵敏度、实用性明显提高；但随着纳米技术的发展，科学家将纳米技术与生物传感器结合，设计出了灵敏度更强、化学稳定性更高、生物相容性更好的第三代生物传感器。