基于DNAzyme-CRISPR驱动与纳米酶信号放大的双模式生物传感器用于现场Pb2+检测的创新研究

本文推荐一种集成Pt/CeO2纳米酶（nanozyme）、CRISPR/Cas12a系统与GR-5 DNAzyme识别的电化学/比色双模生物传感器，实现对痕量铅离子（Pb2+）的高灵敏（检测限达0.14 pM）、高特异性现场检测。该平台利用正交双信号交叉验证机制，有效克服复杂食品基质干扰，在玉米和食用油样本中回收率＞90.5%，为食品安全监测提供可靠、可视化的现场检测新范式。

　　

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Chemicals

四氯化锆（ZrCl₄）、氢氧化钠（NaOH）和七水合氯化铈（CeCl₃·7H₂O）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。Cas12a蛋白由南京金斯瑞生物科技有限公司提供。实验所用Pb²⁺溶液来源于上海阿拉丁公司。氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、三(2-羧乙基)膦盐酸盐（TCEP）、6-巯基己醇（MCH）等试剂均采用分析纯级别。

Characterization of ZrO₂/CeO₂

ZrO₂/CeO₂的透射电镜图像如图S1A和图S1B所示，该材料呈现典型的棒状结构，长度范围为50–60 nm。元素映射分析（图S1C–G）证实了Zr、Ce和O元素的共存。X射线衍射（XRD）图谱（图S1H）在2θ角度10°–80°范围内显示出六个明显衍射峰，分别对应于CeO₂的立方相和ZrO₂的四方相，表明复合材料成功合成。

Conclusion

总而言之，本研究开发了一种新型双模式生物传感器，通过整合具有类过氧化物酶活性的Pt/CeO₂纳米材料、CRISPR/Cas12a系统与GR-5 DNAzyme识别机制，实现了对Pb²⁺的高性能检测。该传感器在0.002–200 nM浓度范围内呈现良好电化学线性响应，检测限达0.14 pM；比色检测线性范围为0.5–2000 nM，检测限为0.47 nM。所达到的灵敏度（0.14 pM）超越了多数已报道的Pb²⁺生物传感器。