综述：CRISPR-Cas13a驱动的电化学生物传感器在RNA疾病诊断与监测中的应用

这篇综述系统阐述了基于CRISPR-Cas13a的电化学（EC）、电化学发光（ECL）和光电化学（PEC）生物传感器在RNA检测中的前沿进展，重点分析了其高灵敏度（检测限达aM级）、免扩增优势和临床转化潜力，为癌症标志物（如miRNA-21/circRNA）、病毒RNA（如SARS-CoV-2/DENV-1）和心血管疾病标志物（如BNP）的即时检测（POCT）提供了创新解决方案。

　　

CRISPR-Cas13a驱动的电化学生物传感器革命

RNA检测的新纪元
核酸作为分子诊断的关键靶标，其RNA动态表达特性可实时反映疾病进展。相较于DNA，RNA无需逆转录即可直接检测，且能揭示细胞实时活动状态。CRISPR-Cas13a系统凭借其RNA特异性识别和转剪切（trans-cleavage）活性，成为突破现有检测技术瓶颈的核心工具。

CRISPR系统的进化图谱
细菌适应性免疫机制CRISPR-Cas被改造为分子诊断利器，其中Class 2系统的Cas13a因其独特的双核糖核酸酶（RNase）活性脱颖而出。Cas13a通过crRNA引导识别靶RNA后，其HEPN结构域触发靶标特异性切割（cis-cleavage）和非特异性报告RNA降解（trans-cleavage），这种"连带剪切"效应可实现信号指数级放大。比较Cas9、Cas12a和Cas13a的特性可见，仅Cas13a能直接靶向ssRNA且无需PAM序列，使其成为RNA检测的理想选择。

RNA生物标志物的多维应用
从信使RNA（mRNA）到环状RNA（circRNA），不同RNA类型在疾病诊断中各具价值。例如：

• miRNA-21在肺癌、胃癌中异常表达
• SARS-CoV-2的ORF1ab基因是病毒感染标志
• B型钠尿肽（BNP）的波动预示心力衰竭进展
  RNA的瞬时表达特性虽增加了检测难度，却为动态监测治疗效果提供了可能。

电化学传感技术的三重奏
常规电化学传感器
通过电极表面修饰（如金电极+DNA四面体框架）捕获靶RNA，Cas13a激活导致甲基蓝（MB）标记物释放，方波伏安法（SWV）检测电流变化。Cheng等开发的膀胱癌circRNA检测体系灵敏度达0.089 fM。

电化学发光（ECL）系统
结合CRISPR-Cas13a与钌联吡啶（Ru(bpy)₃²⁺）发光体，Wei团队设计的熵驱动扩增（EDT）传感器对SARS-CoV-2 RdRp基因检测限达7.39 aM。

光电化学（PEC）平台
MoS₂@AuNPs修饰的ITO电极通过光电流变化检测miRNA-21，Jiang等实现了1 fM的检测极限。CdIn₂S₄/SiW₁₂杂化材料更将信号背景比提升10³倍。

临床转化的挑战与突破
尽管存在非特异性剪切、传感器稳定性等问题，微流控芯片与人工智能（AI）的引入正推动技术革新。Kashefi-Kheyrabadi研发的双通道电极可同步检测SARS-CoV-2 S和ORF1ab基因，智能手机互联系统则使野外检测成为现实。未来，多模态传感（ECL+PEC+EC）与物联网（IoT）的融合，或将催生新一代智能诊断设备。

结语
CRISPR-Cas13a生物传感器正重塑分子诊断格局，其模块化设计、可编程特性与电化学读出的结合，为实现"从实验室到病床边"的精准医疗提供了关键技术支撑。随着材料科学和微加工技术的进步，这项技术有望在感染性疾病筛查、肿瘤早诊和慢性病管理中发挥更大价值。