基于CRISPR/Cas12a与MXene纳米复合材料的信号开启型电化学发光生物传感器实现miR-31超灵敏检测

针对非小细胞肺癌(NSCLC)早期诊断缺乏高灵敏度检测手段的难题，苏州九龙医院团队开发了基于CRISPR/Cas12a与PEI-Ru@Ti3C2@AuNPs纳米复合材料的电化学发光(ECL)生物传感器。通过等温链置换扩增(ISDA)和Cas12a反式切割协同作用，实现了miR-31的1.67 aM级检测，为癌症早期诊断提供了新型POCT解决方案。

　　

肺癌作为全球癌症死亡的首要原因，每年导致约180万人死亡，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占比高达85%。由于缺乏有效的早期诊断手段，多数患者确诊时已处于晚期。微小RNA miR-31被证实是NSCLC的关键致癌因子，能通过调控PI3K/AKT、Hippo等通路促进肿瘤进展，但其检测面临传统方法操作复杂、灵敏度不足等挑战。

上海交通大学医学院附属苏州九龙医院呼吸与危重症医学科的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表研究，创新性地将CRISPR/Cas12a系统与二维材料Ti₃C₂ MXene结合，构建了"信号开启"型电化学发光生物传感器。该技术通过等温扩增产生双链DNA(dsDNA)激活Cas12a的反式切割(trans-cleavage)功能，特异性剪切电极表面的二茂铁标记探针(DNA1-Fc)，解除其对钌(Ru)复合物的淬灭效应，最终实现10 aM-100 pM宽动态范围内的miR-31检测。

关键技术包括：1) 制备PEI-Ru@Ti₃C₂@AuNPs三元纳米复合材料增强ECL信号；2) 设计发卡探针(HP)触发ISDA等温扩增；3) 利用Cas12a/crRNA复合物实现特异性识别与信号放大；4) 通过加标人血清验证临床适用性。

【材料与方法】
研究采用LiF/HCl蚀刻法制备Ti₃C₂ MXene基底，通过PEI介导固定Ru(bpy)₃²⁺发光体，并原位生长AuNPs构建三维导电网络。设计的HP探针可被miR-31触发展开，经IS-primer引发Klenow聚合酶介导的链置换扩增，产生大量dsDNA激活Cas12a。

【结果与讨论】
传感器在优化条件下检出限低至1.67 aM，较qRT-PCR提升4个数量级。特异性实验显示能区分单碱基错配的miRNA家族成员，血清样本回收率达96.2%-104.3%。MXene的高载流子迁移率与AuNPs的表面等离子体共振协同增强ECL信号，而CRISPR系统赋予其单碱基分辨能力。

该研究首次将MXene的导电优势与CRISPR的精准识别相结合，为NSCLC液体活检提供了新范式。临床转化后有望实现门诊快速筛查，其模块化设计还可拓展至其他疾病标志物检测。未来通过集成微流控芯片，将进一步推动POCT设备开发。