智能手机集成三模式RCA-CRISPR/Cas12a生物传感器与Fe3O4@Au纳米酶实现甘蔗黑穗病菌阿托摩尔级现场检测

本综述创新性地开发了一种集成了CRISPR/Cas12a、滚环扩增（RCA）和Fe3O4@Au纳米酶的三模式生物传感平台，通过电化学、比色和光热多模态交叉验证，实现了对甘蔗黑穗病菌的超灵敏（检测限低至32.11 aM）、快速（2.5–4.5小时）和现场检测，为精准农业病害诊断提供了突破性解决方案。

　　

Reagents, instruments, and biosensor fabrication

本实验所用试剂、仪器及电极的详细制备流程均列于支持信息中。

Preparation of Au/S-GDY

根据先前文献，通过热处理法合成S-石墨二炔（S-GDY）（Kong等人，2021）。将0.02克石墨二炔与4克二苄基二硫醚分别置于坩埚中混合，在氩气氛围下于管式炉中加热至900°C并保持3小时，得到S-GDY。将80毫升1%氯金酸溶液煮沸，加入900微升1%柠檬酸钠，持续搅拌回流15分钟，形成金纳米颗粒（AuNPs）溶胶。将10毫克S-GDY分散于20毫升去离子水中，与上述AuNPs溶胶混合，搅拌12小时，通过离心收集Au/S-GDY复合材料，并用去离子水洗涤三次。

Device architecture and operating mechanism

本研究开发了一种便携式多模态传感平台，整合电化学、比色和光热检测模块，用于甘蔗黑穗病菌的现场精准检测。该平台通过RCA激活的CRISPR/Cas12a反式切割系统与磁性酶双功能Fe₃O₄@Au纳米生物酶联用，构建级联信号放大路径，并集成于基于EP管的多模式生物传感平台中，实现一体化检测。

Conclusion

我们构建了一种智能便携式多模态检测系统，通过整合纳米材料、CRISPR生物技术和智能手机读出，实现了甘蔗黑穗病的快速精准诊断。该平台的核心创新在于三重功能Fe₃O₄@Au纳米酶的协同作用（实现高效磁分离和双酶模拟催化）、RCA-CRISPR/Cas12a级联放大（达到阿托摩尔级灵敏度）以及正交三模态验证机制（显著降低假阳性）。该系统在复杂基质中表现出高回收率（98–104%）、优异特异性及低检测成本（较qPCR降低80%），为田间病原体监测提供了突破性工具。