Cu2O纳米立方体增强BiVO4光阳极结合CRISPR/Cas12a系统：癌症诊断中超灵敏miRNA-21检测新策略

本文推荐一种创新的光电化学(PEC)生物传感器，通过整合Cu2O纳米立方体(NCs)修饰的BiVO4光阳极与DNA步行机(DNA walker)介导的CRISPR/Cas12a级联放大策略，实现了对癌症标志物miRNA-21的超灵敏检测（检测限35.3 fM）。该传感器利用能带工程增强光生电荷分离效率，结合CRISPR系统的特异性识别与信号放大功能，为癌症早期诊断提供了高灵敏度、低背景干扰的新平台。

　　

Highlight

本研究通过能带工程与CRISPR技术的协同创新，开发了一种具有三重信号放大机制的光电化学生物传感器：1）Cu₂O NCs与BiVO₄的能带匹配显著提升可见光吸收与电荷分离效率；2）DNA步行机实现靶标循环激活；3）CRISPR/Cas12a的trans-cleavage（反式切割）效应高效释放信号探针。三者协同作用使传感器在100 fM-10 nM范围内呈现优异线性，为临床血清样本检测提供可靠工具。

Materials and methods

实验详细步骤见支持信息，包括：BiVO₄光阳极的电沉积制备、金纳米粒子(Au NPs)的柠檬酸钠还原法合成、氨基化Cu₂O NCs的液相合成等。所有操作均采用超纯水（18.2 MΩ·cm）体系。

Characterization of BiVO₄ Photoanode

扫描电镜(SEM)显示：BiOI前驱体呈现20 nm厚花瓣状纳米片结构（图1A-B），经450℃煅烧后转变为光滑分支状BiVO₄（图S2C）。这种三维分支结构提供高比表面积，利于后续Au NPs和Cu₂O NCs的负载。能谱分析(EDS)证实材料含Bi、V、O元素（图S3），X射线衍射(XRD)谱与标准卡片（JCPDS No.14-0688）匹配。

Conclusion

该传感器通过能带工程优化（Cu₂O/BiVO₄异质结）、DNA步行机的靶标循环放大、CRISPR/Cas12a的反式切割三重机制，实现对miRNA-21的飞摩尔级检测。在血清样本中表现优异，为癌症早期诊断提供新技术路径。未来可通过优化crRNA设计进一步拓展其在多重标志物检测中的应用。