综述：MXenes在CRISPR诊断技术中的创新与进展

《Microchemical Journal》：MXenes for CRISPR-based diagnostics: innovations and advancements

本综述系统阐述了二维材料MXenes与CRISPR基因检测技术融合的最新突破。作者重点分析了MXenes凭借其超高电导率、亲水性和可调控表面特性，如何显著提升CRISPR系统（如Cas12a）的检测灵敏度与特异性，在病原体检测、环境DNA(eDNA)分析和食品安全监测等领域展现出巨大潜力。文章同时探讨了样品处理、稳定性及核酸扩增需求等实际应用挑战，并对便携式诊断设备和人工智能(AI)辅助优化等未来方向进行了展望。

　　

MXene结构

MXenes是一类从MAX相陶瓷材料中通过选择性蚀刻A元素层衍生而来的二维过渡金属碳化物/氮化物。其通用化学式为M_n+1X_nT_x，其中M代表早期过渡金属，X为碳或氮元素，T_x则表示表面终止基团（如-OH、-F等）。这种独特的层状结构赋予了MXenes极高的比表面积、优异的导电性和良好的亲水性，为其在生物传感界面构建提供了理想平台。

CRISPR/Cas系统：创新与进阶

CRISPR-Cas系统源于古菌和细菌的适应性免疫机制，通过crRNA引导Cas核酸酶（如Cas9、Cas12、Cas13等）特异性识别并切割靶标核酸。其中Cas12a在识别目标双链DNA后表现出非特异性反式切割活性，能够高效降解周边单链DNA报告分子，这一特性被广泛应用于高灵敏度诊断技术开发（如DETECTR系统）。与传统PCR技术相比，CRISPR诊断技术具有操作简便、反应快速和无需复杂仪器等优势，特别适用于资源有限地区的现场快速检测。

MXenes与CRISPR技术的整合

MXenes与CRISPR技术的联用构建了高性能诊断平台。例如MXene-CRISPR/Cas12a复合系统通过增强DNA吸附能力，实现了对脂多糖（LPS）11 pg/mL和革兰氏阴性菌23 CFU/mL的超高灵敏度检测。在荧光检测体系中，MXenes可作为高效荧光淬灭剂，显著提升信噪比；其促进单链DNA从杂交双链中释放的能力，还能进一步激活Cas12a的反式切割活性，从而放大检测信号。此外，基于MXenes的压阻效应开发的无线生物传感器，为便携式诊断设备的发展提供了新思路。

挑战与局限性

尽管MXenes增强了CRISPR检测信号稳定性，但实际应用仍面临多重挑战：复杂样本中的基质干扰会影响CRISPR系统活性，核酸扩增步骤增加了操作复杂性，MXenes自身在生物环境中的长期稳定性有待验证，以及相关诊断产品的标准化和法规审批流程尚不完善。这些因素共同制约着该技术向临床转化和商业化推广的进程。

未来展望

未来研究将聚焦于开发无需核酸扩增的一步法检测技术，利用人工智能优化gRNA设计策略，并构建集成样本预处理、信号放大和结果读出的微流控芯片系统。MXenes的功能化修饰将进一步改善其生物相容性和靶向性，结合物联网技术可实现远程医疗监测网络，最终推动精准医疗和个性化诊断的发展。

结论

MXenes与CRISPR技术的协同整合为分子诊断领域带来了革命性突破。这种跨学科融合不仅大幅提升了检测性能，还拓展了在环境监测、疾病诊断和食品安全等领域的应用边界。随着材料学、生物技术和人工智能的深度融合，这一技术平台有望成为未来精准医疗体系的核心支撑。