刘教授及其团队目前致力的研究领域及研究方法、成果如下：
1. 先进生物传感技术
研究介绍：
1）细胞因子传感：细胞因子是一种小细胞信号蛋白，在免疫反应中帮助细胞间的通讯。通过细胞因子的分泌来监测细胞间的通讯，为了解生理过程和疾病途径提供了重要的信息，分泌的细胞因子可以作为各种疾病的生物标志物；
1. C. Liu, D. Chu, K. Kalantar-Zadeh, J. George, H. Young*, G. Liu*, Cytokines: Clinical significance and quantification, Adv. Sci., 2021, 2004433, https://doi.org/10.1002/advs.202004433\
2. C. Cao, R. Jin, H. Wei, Z. Liu, S. Ni, G-J Liu, H. A. Young, X. Chen*, G. Liu*, Adaptive in vivo device for theranostics of inflammation: real-time monitoring of interferon-gamma and aspirin, Acta Biomaterialia, 2020, 101, 372-383, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.10.021
3. Z. Shen, J. Huang, H. Wei, H. Niu, B. Li, R. Li, G. Liu*, Validation of an in vivo electrochemical immunosensing platform for simultaneous detection of multiple cytokines in Parkinson’s Disease mice model, Bioelectrochemistry, 2020, 134, 107532, https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2020.107532
4. F. Zhang, F. Deng, G-J Liu, R. Middleton, D. Inglis, A. Anwer, S. Wang, G. Liu*, IFN-γ-induced signal-on fluorescence aptasensors: from hybridization chain reaction amplification to 3D optical fiber sensing interface towards a deployable device for cytokine sensing, Mol. Sys. Design Eng., 2019, 4, 872-881, https://doi.org/10.1039/C9ME00047J
5. C. Cao, F. Zhang, E. M. Goldys, F. Gao, G. Liu*, Advances in structure-switching aptasensing towards real-time detection of cytokines, TrAC Trends Anal. Chem., 2018, 102, 379-396, https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.03.002
6. C. Cao. R. Jin, H. Wei, W. Yang, E. Goldys, M. R. Hutchinson, S. Liu, X. Chen*, G. Yang, G. Liu*, Graphene Oxide Based Recyclable In vivo Device for Amperometric Monitoring of Interferon-γ in Inflammatory Mice, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10 (39), 33078–33087, https://doi.org/10.1021/acsami.8b13518
7. H. Wei, S.N. Ni, C.M. Cao, G. F. Yang, G. Liu*, Graphene oxides signal reporters based multifunctional immunosensing platform for amperometric profiling of multiple cytokines in serum, ACS Sens., 2018, 3(8), 1553-1561, https://doi.org/10.1021/acssensors.8b00365
8. M. Qi, Y. Zhang, C.M. Cao, M. Zhang, S. Liu, G. Liu*, Decoration of RGO nanosheets with aryldiazonium salt and gold nanoparticles towards a label-free amperimetric immunosensor for detecting TNF-a in live cells, Anal. Chem., 2016, 88(19), 9614-9621, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b02353
2）皮质醇传感：皮质醇是一种激素，由肾脏上方的肾上腺分泌。皮质醇是下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的最终产物，HPA轴是人体适应系统的主要组成部分，在变化的环境因素下维持调节的生理过程。它还在心血管、免疫、肾脏、骨骼和内分泌系统的稳态中发挥重要作用。对皮质醇变化最主要的影响来自心理/情绪压力，这就是为什么皮质醇通常被称为“压力荷尔蒙”；
3）乳酸传感：乳酸是无氧代谢途径的关键代谢物。当组织的能量需求不能通过有氧呼吸来满足时，乳酸浓度就会通过无氧代谢而增加。如果肝脏和肾脏不能充分清除乳酸，乳酸浓度的积累就会导致乳酸酸中毒。因此，体内乳酸水平是临床诊断中评估出血、呼吸衰竭、肝病、败血症、组织缺氧等患者健康状况的关键参数。在休息时，血液中乳酸基线水平为0.5 - 1.5 mmol/l，但在剧烈运动时，可升至25 mmol/l。我们的目标是开发一种灵敏的生物传感器，用于无创持续筛选体液中的乳酸；
4）胰岛素传感：胰岛素是胰腺产生的一种主要激素，调节体内葡萄糖代谢。血液胰岛素升高是一种非常普遍的状况，导致了当今一些最常见的健康问题。高胰岛素水平是肥胖、糖尿病、心血管疾病的主要原因，还可能增加乳腺癌和不孕的风险。我们有兴趣开发准确和无创的即时检测唾液中胰岛素的设备，以帮助代谢综合征/前驱糖尿病患者；
5）葡萄糖传感：糖尿病是最常见的碳水化合物代谢内分泌紊乱。这是一个世界性的主要健康问题。糖尿病的患病率继续上升。血糖水平的监测已经成为糖尿病管理的一个有价值的工具。在过去的50年里，包括即时护理设备、连续血糖监测系统和无创血糖监测系统在内的葡萄糖生物传感器技术得到了显著的改进。然而，在实现准确可靠的血糖监测方面仍然存在一些挑战。需要进一步改进葡萄糖生物传感器的技术，对其性能的分析目标进行标准化，并不断评估和培训外行用户。我们对开发可靠的无创血糖监测系统感兴趣；
6）microRNA传感：microRNA是一种体积小、高度保守的非编码RNA分子，参与调控基因表达。对microRNA通路的详细了解对于理解它们的生理作用以及与功能障碍和失调相关的含义至关重要。microRNA(特别是循环miRNA和外泌体miRNA)与许多疾病有关，包括广泛的癌症、心脏病和神经系统疾病。因此，microRNA作为诊断和预后的生物标志物和药物反应的预测因子受到了广泛的研究。
基本技术目标: 高敏感性和特异性，超小样本册，可部署的设备，高空间分辨率的多路检测，连续监测
传感方法: 免疫传感，基于适配子的传感，基于生物传感的CRISPR/Cas系统，基于分子印迹聚合物的生物传感
信号读出平台: 智能手机读数(荧光、比色法)，商业电子产品，如血糖仪(电化学)，荧光或激光扫描显微镜，无线/云存储。
研究成果：已开发出一系列检测癌症生物标志物、激素和细胞分泌产物的传感平台，如细胞因子、胰岛素、葡萄糖、皮质醇、HbA1c、a型肉毒杆菌神经毒素、肌钙蛋白- i和外泌体。这些传感平台是通用的，可以重新用于检测分析物的光谱。
9. Y. Li, S. Li, J. Wang, G. Liu*, CRISPR/Cas systems towards next generation biosensing, Trends in Biotechnology, 2019, 37 (7), 730-743, https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2018.12.005
10. Y. Li, L. Liu, G. Liu*, CRISPR/Cas multiplexed biosensing: a challenge or an insurmountable obstacle? Trends in Biotechnology, 2019, 37(8), 792-795, https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.04.012
11. Y. Dai, Y. Wu, G. Liu, J. J. Gooding, CRISPR mediated biosensing toward understanding cellular biology and point-of-care diagnosis, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 132, 20938-20950, https://doi.org/10.1002/ange.202005398
12. L. Peng, J. Zhou, G. Liu, L. Yin, S. Ren, S. Li*, L. Ma*, CRISPR-Cas12a based aptasensor for sensitive and selective ATP detection, Sens. Actuators B: Chem, 2020, 128164, 1-5, https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128164
13. J. Zhou, L. Yin, Y. Dong, L. Peng, G. Liu, S. Man, L. Ma*, Cas13a Based Bacterial Detection Platform: Sensing Pathogen Staphylococcus aureus in Food Samples, Anal. Chim. Acta, 2020, 1127, 225-233, https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.06.041
2. 连续分子监测
研究介绍：设计一种能够在体内连续测量特定分子的生物传感器非常困难，因为这种传感方案必须满足以下要求: 1)选择性排斥体内复杂环境干扰产生的假信号; 2)无试剂操作，除生物体就地提供的外源性试剂外，无任何外源性试剂; 3)连续操作，无需任何额外步骤，如分离、洗涤或孵育; 4)可逆反应，反映生理变化的目标浓度。
生物分子开关是自然界用来解决复杂环境中实时分子传感问题的方法之一。这些生物分子通过结合诱导的构象或寡聚化状态的变化，将化学信息转化为特定的信号输出。越来越多的人认识到结构转换aptasensing技术是一种有前途的和通用的策略，在体内的关键分析物的分子监测。
研究方向：致力于开发基于结构转换分子的生物传感平台，用于在生理条件下连续监测分析物的光谱，并将实时细胞因子检测平台应用于持续炎症监测(CIM)。
合作团队： Prof Xin Chen, Xi'an Jiaotong University, China，Prof Howard Young, National Institute of Health, USA
3. 智能纳米颗粒技术
研究介绍：
智能纳米粒子具有复杂的适应行为和与环境相关的功能，可以实时感知大脑中的关键分子，并通过精确地将小分子传递到功能激活的细胞中做出反应。这将对化学遗传学的领先神经科学方法产生重要影响，它将有助于解开分子事件和高水平大脑活动之间的因果关系。
智能纳米颗粒将帮助解决化学神经受体控制的关键问题，提供
(i)存在多种未知细胞类型时的空间选择性;
(ii)通过对分子过程进行实时活体监测的能力，建立因果关系的方法;
(iii)由细胞分泌的分子驱动的适应性条件反应;
(iv)对复杂背景干扰的免疫力。这些技术障碍目前阻止和/或限制了支持生理和行为的脑功能回路的确定。
智能纳米颗粒技术的影响将超越神经科学。在复杂的生物样品中，它们具有实时传感和精确传输的能力，将解决当前分子诊断技术的挑战。它们将能够选择性地在不同类型的细胞通过分泌产物(信号分子、细胞因子、外泌体等)进行通信的功能异质混合物中发挥作用。这些环境在整个生命科学领域都具有高度相关性，包括免疫系统研究、生物标志物诊断以及快速发展的商业细胞技术和食品安全领域。
合作团队：Prof Hong Qiao, Sydney University，Prof Guojun Liu, ANSTO，Prof Pengfei Zhang, Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences ，Prof Hui Huang, University of Chinese Academy of Sciences
14. G. Deng, Z. Sun, Y. Luo, J. Liu, X. Yu, Y. Zhao, P. Gong, G. Liu, P. Zhang*, F. Pan, L. Cai*, B.Z. Tang*, A Biomimetic Aggregation-Induced Emission Photosensitizer with Antigen-Presenting and Hitchhiking Function for Lipid Droplet Targeted Photodynamic Immunotherapy, Adv. Mater. 2021, 2102322, 1-11, https://doi.org/10.1002/adma.202102322
15. G. Liu*, C. Bursill, S. P. Cartland, A. G. Anwer, L. M. Parker, K. Zhang, S. Feng, M. He, D. W. Inglis, M. M. Kavurma, M.R. Hutchinson, E. M Goldys*, A nanoparticle-based affinity sensor that identifier and select highly cytokine-secreting cells, iScience, 2019, 20, 137-147, https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.09.019
16. K. Wen, X. Xu, J. Chen, L. Lv, L. Wu, Y. Hu, X. Wu, A. Peng, G. Liu, H. Huang*, Triplet Tellurophene-based Semiconducting Polymer Nanoparticles for Near-Infrared-mediated Cancer Theranostics, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 19, 17884-17893, https://doi.org/10.1021/acsami.9b05196
17. K. Ma, F., Zhang, N. Sayyadi, W. J. Chen, A. Anwer, A. Care, B. Xu, W. J. Tian*, E. M. Goldys*, G. Liu*, Turn-on fluorescent aptasensor based on AIEgen labelling for the localisation of IFN-y in live cells, ACS Sens., 2018, 3(2), 320-326. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.7b00720
18. G. Liu*, K. Zhang, K. Ma, A. Care, M.R. Hutchinson, E. M. Goldys, Graphene quantum dots based "switch-on" nanosensors for intracellular cytokine monitoring, Nanoscale, 2017, 9, 4934-4943, https://doi.org/10.1039/C6NR09381G
4. 微流控纸基生物芯片实现及时检测
研究介绍：纸张与DNA、RNA、蛋白质和各种临床样本具有生物相容性，有利于其在生物样本诊断中的应用。基于纸张的诊断工具，如横向流动分析、试纸棒分析和微流体基于纸张的分析设备(µPAD)正在成为一种很有前景的轻量级、一次性和经济的形式，特别是对于发展中国家和即时护理(POC)测试。由于智能手机不断增长的成像能力和显著的计算能力，智能手机能够将传统生物医学测试从专业实验室带到POC。该移动电话设备能够定量荧光和比色诊断分析。原则上，通过最小的修改和/或增加硬件，智能手机就能够对各种诊断应用程序进行分析读数。
研究目标：开发基于纸质的智能手机读数分析设备，能够取代目前广泛使用的ELISA，实现数字化健康管理。
合作团队： Prof Bin Liu, Shenzhen University, China，Prof Margaret Morris, UNSWA/Prof Wen Hu, UNSW，
Prof Tony Jun Huang, Duke University, USA，Prof Zhaowei Zhang, Oil Crops Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, China
19. V. Shirshahi,* G. Liu*, Enhancing the analytical performance of paper lateral flow assays: From chemistry to engineering, TrAC Trends Anal. Chem., 2021, 136, 116200, https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116200
20. Z. Luo, T. Lv, K. Zhu, Y. Li, L. Wang, J. J. Gooding, G. Liu*, B. Liu*, Paper-based Ratiometric Fluorescence Analytical Devices towards Point-of-Care Testing of Human Serum Albumin, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 1-7, https://doi.org/10.1002/anie.201915046
21. M. Baharfar, M. Rahbar, M. Tajiki, G. Liu*, Engineering Strategies for Enhancing the Performance of Electrochemical Paper-Based Analytical Devices, Biosens. Bioelectron., 2020, 167, 112506, https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112506
22. A. Hassanzadeh-Barforoushi*, M. Ebrahimiwarkiani, D. Gallego-Ortega, G. Liu, T. Barber, Capillary-assisted microfluidic biosensing platform captures single cell secretion dynamics in nanoliter compartments, Biosens. Bioelectron., 2020, 112113, https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112113
23. L. Liu, D. Yang, G. Liu*. Signal amplification strategies for paper-based analytical devices, Biosens. Bioelectron., 2019, 136, 60-75, https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.04.043
24. B. V. Dang, A. Hassanzadeh-Barforoushi, M. S. Syed, D. Yang, S.-J. Kim, R. Taylor, G.-J. Liu, G. Liu*, Tracie Barber*. Microfluidic actuation via 3D-printed molds towards multiplex biosensing of cell apoptosis, ACS Sens., 2019, 482181-482189, https://doi.org/10.1021/acssensors.9b01057
5. 可穿戴生物传感器
研究介绍：汗液中含有的丰富化学信息可能预示着身体更深层次的生物分子状态。可穿戴生物传感器由于其在预测分析和个性化医疗治疗方面的巨大潜力，在过去的十年中受到了极大的关注。与大多数报道的主要跟踪身体活动和生命体征的可穿戴传感器不同，新一代可穿戴和柔性化学生物传感器能够实时、连续和快速检测来自人体的可获取生物标志物，并允许在分子水平上大规模收集关于个体动态健康状况的信息。
研究目标：在汗水、眼泪、唾液、间隙液、血液、伤口渗出物和呼气的呼吸中,开发可穿耐磨和灵活的生物传感器。
合作团队：Prof Kourosh Kalanta-zadeh, UNSW，Prof Nigel Lovell, UNSW
25. V. Garg, T. Gupta, S. Rani, S. Bandyopadhyay-Ghosh*, S. Bandhu Ghosh, L. Qiao, G. Liu, A hierarchically designed nanocomposite hydrogel with multisensory capabilities towards detection of human-body motion and glucose concentration, Composite Science and Technology, 2021, 108894, https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108894
26. M. R. Benzigar, V. D.B.C Dasireddy, X. Guan, T. Wu, G. Liu*, Advances on emerging materials for flexible supercapacitors: current trends and beyond, Adv. Funct. Mater., 2020, 2002993, 1-41, https://doi.org/10.1002/adfm.202002993
27. L. Qiao, M. Benzigar, A. Subramony, N. Lovell, G. Liu*, Advances in Sweat Wearables: Sample Extraction, Real-Time Biosensing, and Flexible Platforms, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 30, 34337–34361, https://doi.org/10.1021/acsami.0c07614
28. G. Liu*, C. Cao, H. Wei, S. Feng, S. Ni, On-Chip Structure-Switching Aptamer Modified Magnetic Nanobeads for Continuous Monitoring of Interferon-gamma Ex Vivo, Microsys. Nanoeng., 2019, (2019) 5:35, 1-11, https://doi.org/10.1038/s41378-019-0074-1
29. M. Qi, J.W. Huang, H. Wei, C.M. Cao, S.L. Feng, Q. Guo, E.M. Goldys, R. Li, G. Liu*, Graphene oxide thin film with dual function integrated into a nano-sandwich device for in vivo monitoring of interleukin-6, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9(48), 41659-41668, https://doi.org/10.1021/acsami.7b10753
30. A. Arman, F. Deng, E. M. Goldys, G. Liu*, M. R. Hutchinson*, In vivo intrathecal IL-1β quantification in rats: monitoring the molecular signals of neuropathic pain, Brain Behav. Immu., 2020, 88, 442-450, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2020.04.009
6. 体内生物传感设备
研究介绍：利用植入的电化学或光学器件或芯片与个人电子设备进行无线通信，实现生理实时监测是下一个技术前沿。能够连续读取生理生化指标，实现生理读出与药物传递之间的密切反馈，从而有效治疗生理失调。体内传感的挑战包括灵敏度(低水平的分析物)、选择性(生物环境)、低功耗操作下读数信号的传递、生物相容性和最小化植入物诱导的异物反应。
研究目标：开发可植入脑芯片，用于神经化学物质的连续监测，以了解神经免疫界面。
合作团队：Prof Mark Hutchinson, University of Adelaide, Australia，Dr Michael Barrata, University of Colorado Boulder, USA，Prof Xin Chen, Xi'an Jiaotong University, China，Dr Howard Young, National Cancer Institute, NIH USA
7. 单细胞分析技术
研究介绍：细胞间变异是多细胞生物的普遍特征，它包含不同的细胞类型，具有不同的功能、形态和基因表达谱。因此，重要的是要逐一分析它们，以确定这些差异。在细胞环境中监测细胞功能和细胞间通讯对细胞生物学和再生医学有着巨大的意义。此外，在基于细胞的疾病检测中，开发对单个细胞极度敏感的方法非常重要，以获得最佳的诊断、细胞信号传递和疾病发展和进展监测能力。
