基于CRISPR介导级联反应的磁弛豫开关生物传感器实现沙门氏菌免扩增高灵敏检测

本文推荐一种基于CRISPR/Cas12a介导酶级联反应(CMCR-MRS)的新型磁弛豫开关生物传感器，通过靶向切割磁纳米颗粒-碱性磷酸酶(MNP-ALP)探针，触发Mn(VII)/Mn(II)价态转换实现T2信号放大。该技术无需核酸扩增即可检测10 CFU/mL的鼠伤寒沙门氏菌(S. typhimurium)，在复杂食品基质中展现出优异抗干扰能力(R2=0.989 vs qPCR)，为食源性病原体检测提供了高灵敏、高准确性的解决方案。

　　

Highlight

本研究开发了一种基于CRISPR介导级联反应的磁弛豫开关生物传感器(CMCR-MRS)，通过巧妙整合CRISPR/Cas12a的精准识别能力与酶催化级联放大策略，实现了对鼠伤寒沙门氏菌(S. typhimurium)的超灵敏免扩增检测。

Principle of the CMCR-MRS Biosensor

CMCR-MRS的核心设计在于"双crRNA引导的磁纳米探针解放机制"：当靶向沙门氏菌invA基因的crRNA1/crRNA2同时结合目标DNA时，会激活Cas12a的"分子剪刀"功能，高效剪切MNP-ALP探针上的单链DNA(ssDNA)连接臂。被释放的碱性磷酸酶(ALP)就像"信号放大器"，能将无磁性的AAP底物转化为强还原性抗坏血酸(AA)，进而将高锰酸钾(Mn(VII))"变装"为具有强顺磁性的Mn(II)，最终通过低场核磁共振(LF-NMR)检测T₂弛豫时间的显著变化。这种"DNA识别-酶解放-离子变价"的三级级联反应，犹如分子世界的多米诺骨牌效应，每个步骤都产生指数级信号增益。

Conclusions

CMCR-MRS创造了三个突破性优势：1) 摆脱了对核酸扩增的依赖，避免引物二聚体等假阳性问题；2) CRISPR与酶级联的"双引擎驱动"使检测限低至10 CFU/mL；3) 基于Mn(II)顺磁性变化的检测机制，赋予其在牛奶、鸡蛋等复杂基质中"火眼金睛"般的抗干扰能力。该技术为食品安全监测提供了一把兼具"高灵敏度"和"操作便捷性"的分子标尺。