CRISPR-Cas12a/SERS双金属卫星增强系统实现生物节律标志物的无扩增超灵敏检测

本研究创新性地将CRISPR-Cas12a基因编辑技术与表面增强拉曼散射(SERS)相结合，开发了基于金/银双金属卫星纳米结构的"开关式"超灵敏生物传感器。该系统通过Cas12a的trans-切割活性触发DNA/RNA发夹结构解离，使卫星结构分散导致SERS信号衰减（on-off），实现了HMGB1、BMAL1和MICU1等生物节律标志物 mRNA的免扩增检测，检测限(LOD)低于1 fM，为心血管疾病和代谢紊乱的早期诊断提供了新工具。

　　

亮点

• 首创金/银双金属卫星结构作为SERS信号放大器，拉曼信号强度较金/金结构提升10倍

• CRISPR-Cas12a触发"on-off"信号转换机制，实现1 fM级超灵敏检测

• 首次实现BMAL1、HMGB1和MICU1三种节律标志物的同步免扩增检测

材料与方法

实验采用13 nm金纳米颗粒(Au₁₃NPs)与40 nm银纳米颗粒(Ag₄₀NPs)构建核心-卫星结构，通过DNA杂交连接并负载4-巯基苯甲酸(MBA)拉曼报告分子。当CRISPR-Cas12a识别靶标后，其trans-切割活性释放RNA_2?，通过链置换反应解离卫星结构，导致"热点"消失和SERS信号衰减。

结果

透射电镜(TEM)显示双金属卫星结构成功组装，紫外可见光谱证实等离子体共振效应增强。该系统对三种靶标mRNA的检测限均突破1 fM，在血清样本中回收率接近100%，相对标准偏差(%RSD)小于5%，展现出卓越的稳定性和重复性。

结论

该研究突破了传统核酸检测依赖预扩增的技术瓶颈，通过精巧的纳米结构设计和CRISPR-Cas12a的特异性识别，为生物节律相关疾病的超早期诊断提供了革命性工具。双金属卫星结构产生的强电磁场分布和电子转移效应，为开发新一代超灵敏生物传感器奠定了理论基础。